EP0298878A1 - Transformateur toriqe à dispositif d'auto-induction intégré - Google Patents

Transformateur toriqe à dispositif d'auto-induction intégré Download PDF

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EP0298878A1
EP0298878A1 EP88420220A EP88420220A EP0298878A1 EP 0298878 A1 EP0298878 A1 EP 0298878A1 EP 88420220 A EP88420220 A EP 88420220A EP 88420220 A EP88420220 A EP 88420220A EP 0298878 A1 EP0298878 A1 EP 0298878A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
magnetic core
transformer according
electrical
cap
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP88420220A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bernard Chappel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Optelec SA
Original Assignee
Societe pour lApplication de lOptique et de lElectronique a la Recherche et a lAutomatisation SA OPTELEC
Optelec SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Societe pour lApplication de lOptique et de lElectronique a la Recherche et a lAutomatisation SA OPTELEC, Optelec SA filed Critical Societe pour lApplication de lOptique et de lElectronique a la Recherche et a lAutomatisation SA OPTELEC
Publication of EP0298878A1 publication Critical patent/EP0298878A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • H01F17/06—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core with core substantially closed in itself, e.g. toroid
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/16—Toroidal transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/327—Encapsulating or impregnating
    • H01F2027/328—Dry-type transformer with encapsulated foil winding, e.g. windings coaxially arranged on core legs with spacers for cooling and with three phases

Definitions

  • the present invention relates to electrical transformers intended for the transmission of electrical energy, and more particularly to transformers in which at least one of the windings has an integrated self-inductance.
  • Transformers with integrated self-inductance are generally formed around a conventional magnetic circuit with two or three parallel columns connected by two end crosspieces, the primary and secondary windings being wound around the central column.
  • the integrated self-inductance is achieved by providing an open auxiliary magnetic circuit, surrounded by only one of the primary or secondary electrical windings.
  • This secondary magnetic circuit not saturable under the usual conditions of use, allows for example to limit the short-circuit current of the transformer.
  • Electric transformers are also known, generally called toroidal transformers, the magnetic core of which has a closed annular shape.
  • the primary and secondary windings of such a transformer are generally wound on top of each other.
  • We know that such a transformer is, at equal power, less bulky and lighter than a conventional magnetic circuit transformer with two or three columns.
  • Such a toroidal transformer is however more difficult to produce, and in particular more difficult to wind, since the magnetic circuit is already closed during the winding and the electric winding wire must pass as many times through the central chimney of the magnetic circuit as '' there are turns to form the winding.
  • the object of the present invention is in particular to avoid the drawbacks of known transformers, by proposing a new toroidal transformer structure with integrated self-inductance which is particularly simple and easy to wind, to assemble.
  • this new structure makes it possible to design a transformer with integrated self-inductance around which the electromagnetic radiation is relatively much weaker.
  • the structure makes it possible to adjust and control at will the value of the integrated self-inductance, by a simple mechanical displacement of certain parts of the structure; it is thus much easier to design and produce transformers with new electrical characteristics, and the characteristics can be obtained precisely.
  • the new structure is relatively inexpensive, because the magnetic circuit is composed of elements whose shapes are simple and easy to produce, and whose assembly is particularly rapid and requires only a little workforce.
  • the structure is also particularly well suited to allow very extensive automation of the assembly.
  • the invention therefore provides particularly advantageous embodiments, in which the electrical insulation means have a shape and a structure allowing thermal transfer from the interior electrical winding to the outside, and notably increasing the natural cooling of the windings. . Consequently, such a structure makes it possible to reduce the cross section of the conductors, hence a significant gain on the weight of copper, a very expensive material.
  • Another object of the invention is to reduce the average length of the turns constituting the electrical windings of the transformer, without harming the electrical insulation or the section of the magnetic circuit.
  • the invention also allows the winding of toroidal transformers with a flat wire of large section. Due to the rectangular cross-section of the magnetic circuit, the turns are arranged radially. They are therefore contiguous in the bore of the torus and spread over the outer periphery, by difference in the developed lengths of the outside and inside diameters of the torus. After having wound a first layer of contiguous turns in the bore of the torus, the next layer tends to be superimposed on the previous one in the bore, but to be inserted between the turns of the first layer on the external periphery.
  • the external turns come to bear on the internal turns at a point on their edge, so that the contact taking place on a very small surface constitutes a support zone at very high pressure liable to damage the electrical isolation.
  • the invention provides means for avoiding this effect of concentration of the tensile force on two point supports at each turn.
  • Another object of the invention is to ensure correct maintenance of the auxiliary magnetic circuit carrying out the integrated self-inductance, so as to avoid sheet metal vibrations generating harmful noises.
  • Another important object of the invention is to reduce considerably the number of parts necessary to ensure the electrical insulation of the windings. This results in a reduction in the cost of raw materials, and above all a reduction in the cost of the labor required for assembly.
  • the toroidal transformer according to the present invention comprises a closed annular main magnetic circuit, means for electrically isolating the external surface of the magnetic circuit, an internal electrical winding wound on the circuit insulation.
  • main magnetic an intermediate electrical insulation surrounding the interior electrical winding, and an exterior electrical winding wound around the intermediate electrical insulation.
  • the transformer according to the invention further comprises at least one magnetic core, comprising at least one open annular sector bounded by an air gap and arranged parallel to the annular main magnetic circuit between the interior electrical winding and the exterior electrical winding.
  • the magnetic core determines, by its structure and its position, the value of the self-inductance of the external electric winding.
  • the magnetic core comprises at least one annular sector disposed around the periphery of the interior winding.
  • the magnetic core comprises at least one annular sector disposed in the central chimney of the interior winding.
  • the core comprises two successive annular sectors arranged around the periphery of the interior winding. This facilitates the insertion of the magnetic core and the adjustment of the inductance by positioning the successive annular sectors.
  • the electrical insulation means comprise an upper ring and a lower ring, made of an insulating and rigid material, the external contours of which are connected to each other by axial bars forming a support for the peripheral magnetic core.
  • the peripheral magnetic core advantageously consists of a stack of curved sheets around the periphery defined by the axial bars and on which it is held by insulating peripheral wrapping. This structure considerably facilitates the mounting of the transformer, that is to say the assembly of its constituents, and the adjustment of the self-inductance can be ensured by sliding the sheets in the housing defined between the axial bars and the peripheral wrapping.
  • the upper and lower rings advantageously comprise a circular internal contour with a diameter less than the internal diameter of the annular main magnetic circuit; the crowns thus form a support on which the external winding can be wound.
  • the rings thus ensure a separation of the two windings, increase the heat exchange surface, participate in the electrical insulation, and define a rigid support allowing the automation of the winding of the external winding.
  • the electrical isolation means comprise an upper toric cap, electrically insulating, and a lower toric cap, electrically insulating; each toric cap is limited by a circular external contour of diameter only a little greater than the external diameter of the ring formed by the internal electrical winding, and being limited by a circular internal contour of diameter only a little less than the internal diameter of l ring formed by the internal electrical winding; the respective contours of the upper cap and the lower cap opposite one another are separated by a space promoting the transfer of heat energy.
  • This embodiment significantly increases the transfer of heat energy from the interior winding to the outside, and provides a significant gain in space in the central bore of the circuit.
  • the outer faces of the cap edges advantageously have a rounded cross section. This arrangement significantly reduces the length of copper necessary for the realization of the electrical winding, and improves the regularity of winding.
  • each of the caps may advantageously comprise an annular groove facing the annular groove of the other cap; the magnetic core, comprising a stack of curved sheets, is held by the caps, the edges of the magnetic core being pinched respectively in the upper cap groove and in the lower cap groove.
  • the caps provide themselves maintaining the electrostatic screens of the transformer.
  • the transformer according to the present invention shown in Figures 1 and 2, has a generally annular exterior shape.
  • the body 1 of the transformer is a ring of axis II and of substantially rectangular section.
  • the body is integral with a fixing and transport assembly 2 comprising a first end element 3 and a second end element 4 applied respectively to the first flank 5 of the body 1 and to the second flank 6 of the body 1.
  • the end elements 3 and 4 are connected by a central column 7 of link, surmounted by a carrying loop 8.
  • the end elements such as the first element 3 comprise three divergent branches in a star.
  • the first end element 3 comprises the branches 9, 10 and 11.
  • the branches meet in the center, in the axis II of the transformer, and are integral with the central connecting column 7.
  • the central connecting column 7 crosses the central chimney 12 of the body 1.
  • the divergent branches have their internal faces shaped to match the shape of the first flank 5 or of the second flank 6 of the body 1, in the vicinity of the central chimney 12 of the body 1, thus ensuring a lateral connection between the body 1 and the assembly of fixing and transport 2.
  • FIG. 3 and 4 illustrate the internal constitution of the transformer body 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the sheets of the magnetic circuit have been partially represented; the same applies to the conductors constituting the transformer windings, conductors which are shown in cross section in FIG. 3 and in longitudinal section in FIG. 4.
  • the transformer comprises a main magnetic circuit 20 in the form of a closed circular ring, of rectangular section.
  • the magnetic circuit consists, in known manner, of a circular sheet winding.
  • the magnetic circuit 20 is electrically isolated over its entire surface.
  • the electrical insulation can advantageously be ensured by an internal strip 21 covering the wall of the internal chimney of the magnetic circuit, an external strip 22 covering the peripheral wall of the magnetic circuit, an upper flange 23 covering the upper flank of the magnetic circuit and a flange lower 24 covering the lower side of the magnetic circuit.
  • the insulation can be completed by a wrapping 25, the wrapping simultaneously ensuring the maintenance of the flanges 23 and 24 and the strips 21 and 22 on the magnetic circuit, to define a manipulable sub-assembly capable of receiving a winding by mechanical means. ques automatic.
  • the sub-assembly thus formed receives, by winding in a known manner, a first electrical winding called internal winding 26, consisting of a suitable number of turns of electric wire wound around the magnetic circuit 20.
  • a flat upper crown 27 is applied against the upper flank 28 of the internal electrical winding 26, and a flat lower crown 29 is applied against the lower flank 30 of the internal electrical winding 26.
  • the crowns 27 and 29 are made in one electrically insulating material having sufficient rigidity to support and maintain the external electrical winding without excessive deformation.
  • the upper 27 and lower 29 rings have identical external contours 31 and 32, and internal contours 33 and 34 which are also identical, the crowns being both centered on the axis I-I of the transformer.
  • the upper 27 and lower 29 rings are connected, in the vicinity of their external contours 31 and 32, by axial bars 35, and, in the vicinity of their internal contours 33 and 34, by axial columns 36.
  • the transformer comprises four axial columns such as column 36, regularly distributed around the periphery of the central chimney of the internal electrical winding 26.
  • the columns 36 can be in abutment against the internal wall of the winding interior electric 26; according to another embodiment, an electrostatic screen 37 can be interposed between the columns 36 and the interior wall of the interior electrical winding 26, as shown in FIG. 4.
  • the interior contours 33 and 34 have a circular shape of smaller diameter to the inside diameter of the ring formed by the inside electric winding 26, so as to define two surfaces against which the conductors forming the outside electric winding 38 come to bear and curve.
  • the outer contours 31 and 32 of the crowns 27 and 29 have a circular shape with a diameter greater than the outer diameter of the ring formed by the inner electrical winding 26.
  • the contours 31 and 32 form a bearing surface for the electrical conductors of the external electrical winding 38.
  • the rings form a support on which the external electrical winding 38 is wound, and participate in the electrical isolation of the windings from one another.
  • the upper 27 and lower 29 rings are made of an electrically insulating and mechanically rigid material.
  • the columns 36 have a circular section, and their ends are inserted into axial holes 39 of corresponding section of the crowns.
  • the bars 35 have a rectangular section, and their ends engage in radial notches 40 of corresponding section of the crowns.
  • the bars have an external notch 41, of length substantially equal to half the height of the magnetic circuit 20, and of sufficient depth to receive the magnetic core 42.
  • the transformer comprises twelve axial bars such as the strip 35, regularly distributed around the periphery of the ring formed by the internal electrical winding 26. According to one embodiment, the strips can be pressed against the internal electrical winding. According to the embodiment shown, an electrostatic screen 49 is interposed between the bars 35 and the internal electrical winding 26.
  • the magnetic core 42 consists of a stack of magnetic sheets, of rectangular shape, bent and applied radially from the outside in the notches 41 of the bars 35.
  • the notches 41 therefore have a length slightly greater than the height of the magnetic core .
  • the sheets of the magnetic core 42 are held in position pressed into the notches by a peripheral tape 43 for isolating and holding the magnetic core.
  • the magnetic core 42 has an open profile in the form of an annular sector, substantially parallel to the main magnetic circuit 20 and limited by an air gap.
  • the magnetic core 42 consists of a first annular sector 44 and a second successive annular sector 45 arranged around the periphery of the internal electrical winding 26.
  • the ends of the two sectors successive annulars 44 and 45 are separated on one side by a first air gap 46 of small thickness, and are separated on the other side by a second air gap 47 much larger.
  • the air gap 47 represented on the Figure 3, occupies a little over a quarter of the circumference.
  • the bars 35 and the columns 36 are secured to the upper 27 and lower 29 rings, for example by gluing or force fitting, so that the assembly constitutes a sub-assembly of a single piece capable of being wound by means automatic mechanicals to receive the external electric winding.
  • the exterior electrical winding 48 forms the exterior layer of the transformer body.
  • the outside winding 48 covers the magnetic core, the inside winding and part of the area of the second air gap 47.
  • an external electrical winding 48 can be provided which covers the entire magnetic circuit and the internal winding.
  • the magnetic core 42 in the embodiment shown in FIG. 4, has a height equal to approximately half the height of the magnetic circuit 20, and is placed halfway up the main magnetic circuit 20.
  • the magnetic core 42 is disposed between the interior electrical winding 26 and the exterior electrical winding 48. This magnetic core 42 determines the value of the self-inductance presented by the exterior electrical winding 48.
  • references 481 and 482 designate the outputs of the external electrical winding 48. This winding is formed by four strands wound in parallel.
  • the references 261 and 262 designate the ends of the internal electrical winding 26, and the reference 263 designates the midpoint thereof. This winding is formed by three strands wound in parallel.
  • Reference 370 designates the outputs of grounding conductors of screens 37 and 49.
  • the magnetic core 42 can be shaped into an annular sector disposed in the central chimney of the inner winding 26.
  • the magnetic core can be shaped into an annular sector disposed on one of the sides 28 or 29 of the inner winding 26.
  • Figures 9 to 11 illustrate the internal constitution of the transformer body 1 according to a second embodiment of the invention.
  • the main magnetic circuit 20 of this embodiment is the same as that of the embodiment of Figures 3 and 4, namely a closed circular ring, of rectangular section, consisting of a circular sheet winding.
  • the magnetic circuit 20 is electrically isolated over its entire surface.
  • the means for electrically isolating the magnetic circuit comprise an upper toroidal insulating cap of the magnetic circuit 50, a lower insulating cap of the magnetic circuit 51, each covering the respective upper face and lower face of the magnetic circuit 20 and part of the outer and inner lateral faces of the magnetic circuit, the caps 50 and 51 being connected by an outer cylindrical electrical insulator 52 and an inner cylindrical electrical insulator 53.
  • the upper 50 and lower 51 caps for magnetic circuit isolation have, on their external faces, a rounded outer edge 54, and a rounded inner edge 55.
  • the electrical winding occupies a much larger section than the section of the magnetic circuit, and this section is offset from the section of the magnetic circuit, as shown in Figure 5.
  • winding difficulties ensue, and the winding generally lacks regularity.
  • edges 54 and 55 the electrical conductor follows the shape of the edge perfectly on each pass, and is thus correctly applied to the insulation, each of its branches being parallel to the corresponding side of the magnetic circuit.
  • edges 54 and 55 would tend to increase the apparent section of the assembly formed by the magnetic circuit and its external insulator. In reality, and surprisingly, it is found that this arrangement tends, on the contrary, to reduce the length of the conductor turn surrounding the magnetic circuit, and this results in a saving of copper forming this conductor.
  • a partial wrapping can join the insulators 50, 51, 52 and 53 around the magnetic circuit.
  • the sub-assembly thus formed then receives, by winding, in a known manner, the first internal electrical winding 26.
  • the internal winding 26 consists of a suitable number of turns of flat electrical conductor with section rectangular.
  • a three-layer winding a first layer 260 formed of radial turns which are contiguous in the central chimney 12 of the circuit, and which are spaced from one another on the lateral external peripheral face of the circuit; this first layer 260 is covered by a second layer 261, shown partially in Figure 9, formed of radial turns also contiguous in the central chimney 12, itself surmounted by a third layer 262 of the same structure, which covers it.
  • An upper toric cap 56 is fitted against the side upper 28 of the inner electric winding 26, and a lower toric cap 57 is fitted against the lower flank 30 of the inner electric winding 26.
  • the upper 56 and lower toric caps 57 are made of an electrically insulating material having a certain flexibility .
  • the upper 56 and lower 57 caps are identical. They respectively have circular external contours 58 and 59 with a diameter only slightly greater than the external diameter of the ring formed by the internal electrical winding 26.
  • the caps 56 and 57 are limited by an internal contour, respectively 60 and 61, circular of diameter only a little less than the inside diameter of the ring formed by the inside electric winding 26.
  • the outside contours 58 and 59 of the two caps 56 and 57 are separated from each other by a space 62 promoting transfer of heat energy from the inside winding 26 to the outside.
  • the contours 60 and 61 are separated from each other by a space 63 favoring the passage of heat energy from the interior winding 26 towards the central chimney 12.
  • the upper 56 and lower 57 caps are shaped to be applied with little play on the inner winding 26. After their installation, they can be held in position by any means, for example by a few turns of ribbon divided in two or three zones on the periphery of the circuit.
  • Each cap 56 or 57 comprises an inner rim 64 partially covering the inner cylindrical face of the inner electrical winding 26, and an outer rim 65 partially covering the outer lateral cylindrical face of the inner electrical winding 26. These edges ensure the fitting caps 56 and 57 on the inside winding, and their thickness defines the thickness of the air gap separating the inside electric winding 26 from the outside electric winding or the magnetic shunt.
  • the external contours 58 and 59 of the two caps 56 and 57 have a particular shape: thus, the external contour 58 of the cap 56 comprises an annular groove 66, and the external contour 59 of the cap 57 comprises an annular groove 67, the grooves 66 and 67 facing each other as shown in the figure.
  • the magnetic core 42 consisting of a stack of curved magnetic sheets, of rectangular shape, has an upper edge 68 engaged in the groove 66 and a lower edge 69 engaged in the groove 67.
  • the walls of the grooves 66 and 67 tend to tighten and pinch the edges of the magnetic core 42. This results in a very tight hold of the sheets, avoiding noise and vibration, and facilitating their mounting .
  • the magnetic core 42 has an open profile, in the form of an annular sector with a single air gap 47.
  • the external electrical winding 48 formed of radial turns, covers the assembly thus formed.
  • the caps 56 and 57 form the support of the external electrical winding 48.
  • the external faces of the contours 58, 59, 60 and 61 of the caps 56 and 57 advantageously have a rounded cross section, as shown in FIG. 11. Thanks to this rounded section, the mean external winding turn 48 has a reduced length, and the winding is more regular.
  • the outer face of the caps 56 and 57 also has a special feature which makes it possible to solve the problems linked to the winding of a flat electrical conductor of large section on a toric core. The problem encountered is illustrated in FIGS. 7 and 8. By the fact that the turns of a first layer 70 are contiguous in the zone 71 facing the central chimney 12 of the circuit, the same turns are discarded in the outer zone 72.
  • the caps 56 and 57 comprise, on their outer flat faces, shims 75, regularly distributed in a circle in an intermediate zone between the inner contour and the outer contour of the caps.
  • the spacers 75 have a height substantially equal to the thickness of the flat conductor, and are separated from each other by a space 76 of width greater than the width of the flat conductor forming the winding.
  • a first winding layer 77 is formed by conductor turns each engaged between two successive shims.
  • a second winding layer 78 is constituted by turns of conductor each passing over the upper face of a block, as shown in FIG. 9.
  • the block 75 avoids point contact lateral between the conductors of the lower layer 70 and the conductor 73 of the upper layer.
  • the caps 56 and 57 ensure the mechanical retention of the magnetic core 42. As shown in FIG. 9, the caps 56 and 57 can also ensure the maintenance of the electrostatic screens 37 and 49, arranged between the primary winding and the secondary winding of the transformer.
  • the annular grooves 66 and 67 ensuring the maintenance of the magnetic core 42 can be interrupted on a part of their periphery, allowing the manipulation of the sheets of the magnetic circuit 42 for their displacement by peripheral sliding.
  • the sheets are accessible in the area of the air gap 47, an area which is not entirely covered by the external electrical circuit 48.
  • the external electrical circuit 48 covers the entire toroid, except for a part of the air gap 47.
  • caps 56 and 57 can take advantage of the presence of caps 56 and 57 to provide, in their upper or lower surfaces, chimneys for the passage of conductors to maintain and ensure the passage of the ends of the inner windings.
  • caps comprising shims 75 either between the primary winding and the secondary winding of the transformer, but between successive layers of winding, thus providing the same advantages.
  • Wedges 75 could also be used on the magnetic circuit caps 50 and 51.
  • the shims 75 can also advantageously be used with electrical conductors of round section.
  • the caps 56 and 57 between electrical windings can advantageously be pierced with lights distributed over their surfaces. Such lights, not shown in the figures, promote heat exchange from the inside winding to the outside.

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Abstract

Le transformateur comprend un circuit magnétique principal annulaire (20) fermé, sur lequel est bobiné un enroulement électrique intérieur (26). Un noyau magnétique (42), en forme de secteur annulaire ouvert, est maintenu en périphérie de l'enroulement intérieur par des barrettes périphériques (35). L'ensemble est recouvert par l'enroulement électrique extérieur (48). Le noyau magnétique (42) détermine la valeur de l'auto-inductance du transformateur.

Description

  • La présente invention concerne les transformateurs électriques destinés à la transmission de l'énergie électrique, et plus particuliè­rement les transormateurs dont l'un au moins des enroulements présente une auto-inductance intégrée.
  • Les transformateurs à auto-inductance intégrée sont générale­ment constitués autour d'un circuit magnétique classique à deux ou trois colonnes parallèles reliées par deux traverses d'extrémités, les enroulements primaire et secondaire étant bobinés autour de la colonne centrale. L'auto-inductance intégrée est réalisée en prévoyant un circuit magnétique auxiliaire ouvert, entouré par l'un seulement des enroulements électriques primaire ou secondaire. Ce circuit magnétique secondaire, non saturable dans les conditions usuelles d'utilisation, permet par exemple de limiter le courant de court-circuit du transforma­teur.
  • Ces transformateurs à circuit magnétique classique présentent notamment l'inconvénient d'être relativement volumineux et lourds ; la configuration du circuit magnétique provoque un rayonnement électroma­gnétique néfaste au voisinage du transformateur, rayonnement encore augmenté très sensiblement lorsqu'on incorpore un noyau magnétique secondaire pour réaliser l'auto-inductance.
  • On connaît par ailleurs des transformateurs électriques, généralement appelés transformateurs toriques, dont le noyau magnétique présente une forme annulaire fermée. Les enroulements primaire et secondaire d'un tel transformateur sont généralement bobinés l'un sur l'autre. On sait qu'un tel transformateur est, à puissance égale, moins encombrant et moins lourd qu'un transformateur à circuit magnétique classique à deux ou trois colonnes.
  • Un tel transformateur torique est toutefois plus difficile à réaliser, et en particulier plus difficile à bobiner, puisque le circuit magnétique est déjà fermé lors du bobinage et que le fil électrique d'enroulement doit passer autant de fois dans la cheminée centrale du circuit magnétique qu'il y a de spires pour former le bobinage.
  • On a tenté de réaliser des transformateurs toriques à auto-­inductance intégrée, en écartant les enroulements primaire et secondaire l'un de l'autre, c'est-à-dire en bobinant un premier enroulement sur un premier secteur circulaire du circuit magnétique, et en bobinant l'autre enroulement sur un second secteur circulaire du circuit magnétique différent du premier secteur. Une telle solution ne s'avère pas utilisable industriellement, car cela rend les enroulements électriques encore plus difficiles à bobiner sur le tore, et le bobinage ne peut pas être facilement automatisé. Une telle disposition conduit en outre à augmenter les volumes, les sections de cuivre constituant les enroule­ments, et l'échauffement du transformateur ; l'auto-inductance ainsi obtenue est difficile à maîtriser quantitativement, lorsque l'on veut concevoir un transformateur présentant des caractéristiques nouvelles. On constate en outre que cette structure conduit à augmenter sensible­ment le rayonnement électromagnétique au voisinage du transformateur.
  • La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des transformateurs connus, en proposant une nouvelle structure de transformateur torique à auto-inductance intégrée qui est particulièrement simple et facile à bobiner, à assembler.
  • Selon un autre objet de l'invention, cette nouvelle structure permet de concevoir un transformateur à auto-inductance intégrée autour duquel le rayonnement électromagnétique est relativement beaucoup plus faible.
  • Selon un autre objet de l'invention, la structure permet d'adjuster et de contrôler à volonté la valeur de l'auto-inductance intégrée, par un simple déplacement mécanique de certaines parties de structure ; il est ainsi beaucoup plus aisé de concevoir et de réaliser des transformateurs présentant des caractéristiques électriques nouvel­les, et les caractéristiques peuvent être obtenues de manière précise.
  • Selon un autre objet de l'invention, la vouvelle structure est relativement peu onéreuse, car le circuit magnétique est composé d'éléments dont les formes sont simples et faciles à réaliser, et dont l'assemblage est particulièrement rapide et ne nécessite que peu de main-d'oeuvre. La structure est en outre particulièrement bien adaptée pour permettre une automatisation très poussée du montage.
  • Un autre problème important que vise à résoudre la présente invention est l'échauffement thermique apparaissant dans les transforma­teurs à circuit torique. A puissance égale, cet échauffement est relativement plus important que dans les transformateurs à circuit magnétique classique à trois colonnes, car dans ces transformateurs classiques, les surfaces d'échanges thermiques sont nettement plus importantes. Dans le cas d'un transformateur torique, l'enroulement électrique intérieur est totalement emprisonné par les couches d'isola­tion électrique et par l'enroulement électrique extérieur, de sorte que les échanges thermiques sont considérablement freinés.
  • L'invention propose pour cela des modes de réalisation particu­lièrement intéressants, dans lesquels les moyens d'isolation électrique ont une forme et une structure permettant le transfert thermique depuis l'enroulement électrique intérieur vers l'extérieur, et augmentant notablement le refroidissement naturel des enroulements. Par voie de conséquence, une telle structure permet de diminuer la section des conducteurs, d'où un gain sensible sur le poids du cuivre, matériau très onéreux.
  • Un autre objet de l'invention est de réduire la longueur moyenne des spires constituant les enroulements électriques du transfor­mateur, sans nuire à l'isolation électrique ni à la section du circuit magnétique.
  • L'invention permet également le bobinage de transformateurs toriques avec un fil plat de grosse section. Du fait de la forme torique à section rectangulaire du circuit magnétique, les spires sont disposées d'une façon radiale. Elles sont donc jointives dans l'alésage du tore et écartées sur la périphérie extérieure, par différence des longueurs développées des diamètres extérieur et intérieur du tore. Après avoir bobiné une première couche de spires jointives dans l'alésage du tore, la couche suivante tend à se superposer à la précédente dans l'alésage, mais à s'intercaler entre les spires de première couche sur la périphérie externe. Dans une zone intermédiaire, les spires externes viennent en appui sur les spires internes selon un point de leur arête, de sorte que le contact s'effectuant sur une très faible surface constitue une zone d'appui à pression très importante susceptible d'endommager l'isolement électrique. L'invention prévoit des moyens pour éviter cet effet de concentration de l'effort de traction sur deux appuis ponctuels à chaque spire.
  • Un autre objet de l'invention est d'assurer un maintien correct du circuit magnétique auxiliaire réalisant l'auto-inductance intégrée, de façon à éviter les vibrations de tôles engendrant des bruits néfastes.
  • Un autre objet important de l'invention est de réduire considérablement le nombre de pièces nécessaires pour assurer l'isola­tion électrique des enroulements. Il en résulte une diminution du coût de matières premières, et surtout une diminution du coût de la main d'oeuvre nécessaire pour le montage.
  • Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, le transformateur torique selon la présente invention comprend un circuit magnétique principal annulaire fermé, des moyens d'isolement électrique de la surface extérieure du circuit magnétique, un enroulement électrique intérieur bobiné sur l'isolement du circuit magnétique principal, un isolement électrique intermédiaire entourant l'enroulement électrique intérieur, et un enroulement électrique extérieur bobiné autour de l'isolement électrique intermédiaire. Le transformateur selon l'inven­tion comprend en outre au moins un noyau magnétique, comportant au moins un secteur annulaire ouvert limité par un entrefer et disposé parallèle­ment au circuit magnétique principal annulaire entre l'enroulement électrique intérieur et l'enroulement électrique extérieur. Le noyau magnétique détermine, par sa structure et sa position, la valeur de l'auto-inductance de l'enroulement électrique extérieur.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le noyau magnétique comporte au moins un secteur annulaire disposé selon le pourtour de l'enroulement intérieur. En alternative ou en complément, le noyau magnétique comporte au moins un secteur annulaire disposé dans la cheminée centrale de l'enroulement intérieur.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le noyau comporte deux secteurs annulaires successifs disposés selon le pourtour de l'enroulement intérieur. Cela facilite l'insertion du noyau magnétique et le réglage de l'inductance par positionnement des secteurs annulaires successifs.
  • Dans un premier mode de réalisation, les moyens d'isolation électrique comprennent une couronne supérieure et une couronne inférieu­re, réalisées en une matière isolante et rigide, dont les contours extérieurs sont reliés l'un à l'autre par des barrettes axiales formant un support pour le noyau magnétique périphérique. Le noyau magnétique périphérique est avantageusement constitué d'un empilage de tôles cintrées sur le pourtour défini par les barrettes axiales et sur lesquelles il est maintenu par en enrubannage périphérique isolant. Cette structure facilite considérablement le montage du transformateur, c'est-à-dire l'assemblage de ses constituants, et le réglage de l'auto-­inductance peut être assuré en faisant coulisser les tôles dans le logement défini entre les barrettes axiales et l'enrubannage périphéri­que.
  • Les couronnes supérieure et inférieure comportent avantageuse­ment un contour intérieur circulaire de diamètre inférieur au diamètre intérieur du circuit magnétique principal annulaire ; les couronnes forment ainsi un support sur lequel peut être bobiné l'enroulement extérieur. Les couronnes assurent ainsi une séparation des deux enroulements, augmentent la surface d'échange thermique, participent à l'isolation électrique, et définissent un support rigide permettant l'automatisation du bobinage de l'enroulement extérieur.
  • Dans un mode de réalisation préféré, adapté à une forme de circuit magnétique torique à section sensiblement rectangulaire, les moyens d'isolation électrique comprennent une calotte torique supérieu­re, électriquement isolante, et une calotte torique inférieure, électri­quement isolante ; chaque calotte torique est limitée par un contour extérieur circulaire de diamètre seulement un peu supérieur au diamètre extérieur de l'anneau formé par l'enroulement électrique intérieur, et étant limitée par un contour intérieur circulaire de diamètre seulement un peu inférieur au diamètre intérieur de l'anneau formé par l'enroule­ment électrique intérieur ; les contours respectifs de la calotte supérieure et de la calotte inférieure en regard l'un de l'autre sont séparés par un espace favorisant le transfert d'énergie calorifique. Ce mode de réalisation augmente sensiblement le transfert d'énergie calorifique depuis l'enroulement intérieur vers l'extérieur, et procure un gain sensible de place dans l'alésage central du circuit.
  • Les faces extérieures des rebords de calotte présentent avantageusement une section transversale arrondie. Cette disposition réduit sensiblement la longueur de cuivre nécessaire pour la réalisation de l'enroulement électrique, et améliore la régularité de bobinage.
  • Le contour extérieur de chacune des calottes peut comprendre avantageusement une gorge annulaire faisant face à la gorge annulaire de l'autre calotte ; le noyau magnétique, comprenant un empilage de tôles cintrées, est maintenu par les calottes, les bords du noyau magnétique étant pincés respectivement dans la gorge de calotte supérieure et dans la gorge de calotte inférieure. Eventuellement, les calottes assurent elles-mêmes le maintien des écrans électrostatiques du transformateur.
  • D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisa­tion particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles :
    • - la figure 1 représente une vue générale de côté d'un transformateur selon la présente invention ;
    • - la figure 2 représente une vue de dessus du transformateur de la figure 1 ;
    • - la figure 3 est une vue de dessus en coupe selon le plan A-A de la figure 1 dans un premier mode de réalisation ;
    • - la figure 4 est une demi-vue de côté en coupe selon le plan B-B et à plus grande échelle de la figure 3;
    • - la figure 5 illustre les inconvénients d'une bobinage de fil de gros diamètre sur un circuit à section rectangulaire ;
    • - la figure 6 illustre l'advantage de bobinage d'un fil de gros diamètre sur un circuit dont les coins sont arrondis ;
    • - la figure 7 illustre les inconvénients de bobinage d'un conducteur électrique plat à section rectangulaire sur un circuit magnétique torique ;
    • - la figure 8 illustre, à grande échelle, l'imbrication des spires selon la présente invention ;
    • - la figure 9 est une vue en bout d'axe des enroulements électriques de transformateur torique à conducteur électrique plat de section importan­te ;
    • - la figure 10 est une vue de dessus en coupe selon le plan A-A de la figure 1, dans un second mode de réalisation ; et
    • - la figure 11 est une demi-vue de côté en coupe selon le plan C-C et à plus grande échelle de la figure 10.
  • Le transformateur selon la présente invention, représenté sur les figures 1 et 2, présente une forme extérieur générale annulaire. Le corps 1 du tranformateur est un anneau d'axe I-I et de section sensiblement rectangulaire. Le corps est solidaire d'un ensemble de fixation et de transport 2 comprenant un premier élément d'extrémité 3 et un second élément d'extrémité 4 appliqués respectivement sur le premier flanc 5 du corps 1 et sur le second flanc 6 du corps 1. Les éléments d'extrémité 3 et 4 sont reliés par une colonne centrale 7 de liaison, surmontée d'une boucle de portage 8.
  • Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, les éléments d'extrémité, tels que le premier élément 3, comprennent trois branches divergentes en étoile. Ainsi, le premier élément d'extrémité 3 comprend les branches 9, 10 et 11. Les branches se rejoignent au centre, dans l'axe I-I du transformateur, et sont solidaires de la colonne centrale de liaison 7. La colonne centrale de liaison 7 traverse la cheminée centrale 12 du corps 1. Une plaque support 13, solidaire du premier élément d'extrémité 3, supporte les bornes de connexion électrique du transformateur. Les branches divergentes ont leurs faces internes conformées pour épouser la forme du premier flanc 5 ou du second flanc 6 du corps 1, au voisinage de la cheminée centrale 12 du corps 1, assurant ainsi une solidarisation latérale entre le corps 1 et l'ensemble de fixation et de transport 2.
  • Les figures 3 et 4 illustrent la constitution interne du corps 1 de transformateur selon un premier mode de réalisation de l'invention. Pour la clarté des dessins, les tôles du circuit magnétique ont été partiellement représentées ; il en est de même des conducteurs constituant les bobinages de transformateur, conducteurs qui sont représentés en coupe transversale sur la figure 3 et en coupe longitudinale sur la figure 4.
  • Dans le mode de réalisation représenté sur ces figures, le transformateur comprend un circuit magnétique principal 20 en forme d'anneau circulaire fermé, à section rectangulaire. Le circuit magnéti­que est constitué, de manière connue, d'un enroulement circulaire de tôle.
  • Le circuit magnétique 20 est isolé électriquement sur la totalité de sa surface. L'isolation électrique peut avantageusement être assurée par un bandeau intérieur 21 recouvrant la paroi de la cheminée intérieure du circuit magnétique, un bandeau extérieur 22 recouvrant la paroi périphérique du circuit magnétique, un flasque supérieur 23 recouvrant le flanc supérieur du circuit magnétique et un flasque inférieur 24 recouvrant la flanc inférieur du circuit magnétique. L'isolation peut être complétée par un enrubannage 25, l'enrubannage assurant simultanément le maintien des flasques 23 et 24 et des bandeaux 21 et 22 sur le circuit magnétique, pour définir un sous-ensemble manipulable susceptible de recevoir un bobinage par des moyens mécani­ ques automatiques.
  • Le sous-ensemble ainsi formé reçoit, par bobinage de manière connue, un premier enroulement électrique appelé enroulement intérieur 26, constitué d'un nombre de spires convenable de fil électrique bobinées autour du circuit magnétique 20.
  • Une couronne supérieure 27 plate est appliquée contre le flanc supérieur 28 de l'enroulement électrique intérieur 26, et une couronne inférieure 29 plate est appliquée contre le flanc inférieur 30 de l'enroulement électrique intérieur 26. Les couronnes 27 et 29 sont réalisées en une matière électriquement isolante et présentant une rigidité suffisante pour supporter et maintenir sans déformation excessive l'enroulement électrique extérieur. De préférence, les couron­nes supérieure 27 et inférieure 29 présentent des contours extérieurs 31 et 32 identiques, et des contours intérieurs 33 et 34 également identiques, les couronnes étant toutes deux centrées sur l'axe I-I du transformateur. Les couronnes supérieure 27 et inférieure 29 sont reliées, au voisinage de leurs contours extérieurs 31 et 32, par des barrettes axiales 35, et, au voisinage de leurs contours intérieurs 33 et 34, par des colonnes axiales 36. Dans le mode de réalisation représenté, le transformateur comprend quatre colonnes axiales telles que la colonne 36, régulièrement réparties en périphérie de la cheminée centrale de l'enroulement électrique intérieur 26. Selon un mode de réalisation, les colonnes 36 peuvent être en appui contre la paroi intérieur de l'enroulement électrique intérieur 26 ; selon un autre mode de réalisation, on peut interposer un écran électrostatique 37 entre les collonnes 36 et la paroi intérieure de l'enroulement électrique intérieur 26, comme le représente la figure 4. Les contours intérieurs 33 et 34 ont une forme circulaire de diamètre inférieur au diamètre intérieur de l'anneau formé par l'enroulement électrique intérieur 26, de façon à définir deux surfaces contre lesquelles viennent s'appuyer et s'incurver les conducteurs formant l'enroulement électrique extérieur 38.
  • De même, les contours extérieurs 31 et 32 des couronnes 27 et 29 ont une forme circulaire de diamètre supérieur au diamètre extérieur de l'anneau formé par l'enroulement électrique intérieur 26. Ainsi, les contours 31 et 32 forment une surface d'appui pour les conducteurs électriques de l'enroulement électrique extérieur 38. Les couronnes forment un support sur lequel est bobiné l'enroulement électrique extérieur 38, et participent à l'isolement électrique des enroulements l'un par rapport à l'autre.
  • Les couronnes supérieure 27 et inférieure 29 sont réalisées en un matériau électriquement isolant, et mécaniquement rigide. Les colonnes 36 ont une section circulaire, et leurs extrémités s'insèrent dans des trous axiaux 39 de section correspondante des couronnes. Les barrettes 35 ont une section rectangulaire, et leurs extrémités s'engagent dans des encoches 40 radiales de section correspondante des couronnes. Les barrettes comportent une encoche extérieure 41, de longueur sensiblement égale à la moitié de la hauteur du circuit magnétique 20, et de profondeur suffisante pour recevoir le noyau magnétique 42. Dans le mode de réalisation représenté, le transformateur comprend douze barrettes axiales telles que la barrette 35, régulière­ment réparties en périphérie de l'anneau formé par l'enroulement électrique intérieur 26. Selon un mode de réalisation, les barrettes peuvant être en appui contre l'enroulement électrique intérieur. Selon le mode de réalisation représenté, un écran électrostatique 49 est interposé entre les barrettes 35 et l'enroulement électrique intérieur 26.
  • Le noyau magnétique 42 est constitué d'un empilage de tôles magnétiques, de forme rectangulaire, cintrées et appliquées radialement depuis l'extérieur dans les encoches 41 des barrettes 35. Les encoches 41 ont pour cela une longeur légèrement supérieure à la hauteur du noyau magnétique. Après application, les tôles du noyau magnétique 42 sont maintenues en position plaquées dans les encoches par un ruban 43 périphérique d'isolement et de maintien du noyau magnétique.
  • Selon l'invention, le noyau magnétique 42 présente un profil ouvert en forme de secteur annulaire, sensiblement parallèle au circuit magnétique principal 20 et limité par un entrefer. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, le noyau magnétique 42 est constitué d'une premier secteur annulaire 44 et d'un second secteur annulaire 45 successifs disposés selon le pourtour de l'enroulement électrique intérieur 26. Les extrémités des deux secteurs annulaires successifs 44 et 45 sont séparées d'un côté par un premier entrefer 46 de faible épaisseur, et sont séparées de l'autre côté par un second entrefer 47 beaucoup plus important. L'entrefer 47, représenté sur la figure 3, occupe un peu plus du quart de la circonférence. On comprend que l'on peut faire coulisser les tôles magnétiques formant le premier secteur 44 et/ou le second secteur 45, à la périphérie des barrettes 35, pour régler la valeur de l'auto-inductance du transformateur.
  • Les barrettes 35 et les colonnes 36 sont solidarisées aux couronnes supérieure 27 et inférieure 29, par exemple par collage ou emmanchement en force, de sorte que l'ensemble constitue un sous-­ensemble d'une seule pièce susceptible d'être bobiné par des moyens mécaniques automatiques pour recevoir l'enroulement électrique exté­rieur. Ainsi, l'enroulement électrique extérieur 48 forme la couche extérieure du corps de transformateur. Dans le mode de réalisation représenté, l'enroulement extérieur 48 recouvre le noyau magnétique, l'enroulement intérieur et une partie de la zone du second entrefer 47.
  • Dans d'autres modes de réalisation, on pourra prévoir un enroulement électrique extérieur 48 qui recouvre la totalité du circuit magnétique et de l'enroulement intérieur.
  • Le noyau magnétique 42, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, a une hauteur égale à environ la moitié de la hauteur du circuit magnétique 20, et est disposé à mi-hauteur du circuit magnétique principal 20.
  • On comprend que, selon l'invention, le noyau magnétique 42 est disposé entre l'enroulement électrique intérieur 26 et l'enroulement électrique extérieur 48. Ce noyau magnétique 42 détermine la valeur de l'auto-inductance présentée par l'enroulement électrique extérieur 48. On peut en particulier utiliser le transformateur selon l'invention en choisissant l'enroulement intérieur comme enroulement secondaire, et l'enroulement extérieur 48 comme enroulement primaire, de sorte que le transformateur est alors un transformateur dont le primaire présente une auto-inductance.
  • Sur la figure 3, les références 481 et 482 désignent les sorties de l'enroulement électrique extérieur 48. Cet enroulement est formé de quatre brins bobinés en parallèle. Les références 261 et 262 désignent les extrémités de l'enroulement électrique intérieur 26, et la référence 263 en désigne le point milieu. Cet enroulement est formé de trois brins bobinés en parallèle. La référence 370 désigne les sorties de conducteurs de mise à la masse des écrans 37 et 49.
  • On peut concevoir, sans sortir du cadre de la présente invention, des disposition différentes du noyau magnétique 42. Ainsi, selon un second mode de réalisation, le noyau magnétique peut être conformé en secteur annulaire disposé dans la cheminée centrale de l'enroulement intérieur 26.
  • Selon un troisième mode de réalisation, le noyau magnétique peut être conformé en secteur annulaire disposé sur l'un des flancs 28 ou 29 de l'enroulement intérieur 26.
  • On peut également concevoir un noyau magnétique 42 en plusieurs parties, certaines parties étant disposées sur les flancs 28 ou 30, certains autres éléments étant disposés sur le pourtour ou à l'intérieur de la cheminée.
  • Les figures 9 à 11 illustrent la constitution interne du corps 1 de transformateur selon un second mode de réalisation de l'invention.
  • Le circuit magnétique principal 20 de ce mode de réalisation est le même que celui du mode de réalisation des figures 3 et 4, à savoir un anneau circulaire fermé, à section rectangulaire, constitué d'un enroulement circulaire de tôle.
  • Le circuit magnétique 20 est isolé électriquement sur la totalité de sa surface. Selon ce mode de réalisation, les moyens d'isolement électrique du circuit magnétique comprennent une calotte torique supérieure isolante de circuit magnétique 50, une calotte isolante inférieure de circuit magnétique 51, recouvrant chacune la face supérieure et la face inférieure respectives du circuit magnétique 20 et une partie des faces latérales extérieure et intérieure du circuit magnétique, les calottes 50 et 51 étant reliées par un isolant électrique cylindrique extérieur 52 et un isolant électrique cylindrique intérieur 53. Les calottes supérieure 50 et inférieure 51 d'isolement de circuit magnétique présentent, sur leurs faces externes, une arête extérieure arrondie 54, et une arête intérieure arrondie 55.
  • L'intérêt des arêtes arrondies 54 et 55 est expliqué en relation avec les figures 5 et 6 : lorsque l'on bobine le conducteur électrique sur le circuit magnétique torique, et plus particulièrement lorsque le conducteur électrique a une section relativement importante, il n'est pas possible de courber à angle droit le conducteur au passage de chaque arête. Ainsi, sur la figure 5, lorsque le circuit magnétique présente des arêtes vives, le conducteur électrique, enroulé autour du circuit magnétique 20 dans le sens de la flèche 156, forme des coins arrondis, le début de chaque courbe commençant au passage du coin de circuit magnétique, la fin de chaque courbe se finissant à l'écart du circuit magnétique, définissant ainsi à chaque coin un jeu tel que le jeu 157. Avec un conducteur dont l'épaisseur est de 2 mm environ, un tel jeu peut dépasser 3mm. Il en résulte que l'enroulement électrique occupe une section nettement plus importante que la section du circuit magnétique, et cette section est décalée par rapport à la section du circuit magnétique, comme le représente la figure 5. Outre la perte occasionnée par l'augmentation de volume qui en résulte, il s'ensuit des difficultés de bobinage, et le bobinage manque généralement de régulari­té.
  • Au contraire, en prévoyant des arêtes arrondies telles que les arêtes 54 et 55, le conducteur électrique épouse parfaitement la forme de l'arête à chaque passage, et se trouve ainsi correctement apliqué sur l'isolant, chacune de ses branches étant parallèle à la face correspondante du circuit magnétique. On pourrait penser que le fait de prévoir des arêtes 54 et 55 arrondies tendrait à augmenter la section apparente de l'ensemble formé par le circuit magnétique et son isolant externe. En réalité, et de manière surprenante, on constate que cette disposition tend au contraire à réduire la longeur de la spire de conducteur entourant la circuit magnétique, et il en résulte une économie de cuivre formant ce conducteur.
  • Un enrubannage partiel peut solidariser les isolants 50, 51, 52 et 53 autour du circuit magnétique. Le sous-ensemble ainsi formé reçoit ensuite, par bobinage, de manière connue, le premier enroulement électrique intérieur 26. Dans le mode de réalisation représenté, l'enroulement intérieur 26 est constitué d'un nombre de spires convena­ble de conducteur électrique plat à section rectangulaire. On a représenté un enroulement à trois couches, une première couche 260 formée de spires radiales qui sont jointives dans la cheminée centrale 12 du circuit, et qui sont écartées l'une de l'autre sur la face périphérique extérieure latérale du circuit ; cette première couche 260 est recouverte par une seconde couche 261, représentée partiellement sur la figure 9, formée de spires radiales également jointives dans la cheminée centrale 12, elle-même surmontée d'une troisième couche 262 de même structure, qui la recouvre.
  • Une calotte torique supérieure 56 est emboîtée contre le flanc supérieur 28 de l'enroulement électrique intérieur 26, et une calotte torique inférieure 57 est emboîtée contre le flanc inférieur 30 de l'enroulement électrique intérieur 26. Les calottes toriques supérieure 56 et inférieure 57 sont réalisées en une matière électriquement isolante présentant une certaine souplesse. De préférence, les calottes supérieure 56 et inférieure 57 sont identiques. Elles présentent respectivement des contours extérieurs circulaires 58 et 59 de diamètre seulement un peu supérieur au diamètre extérieur de l'anneau formé par l'enroulement électrique intérieur 26. Les calottes 56 et 57 sont limitées par un contour intérieur, respectivement 60 et 61, circulaire de diamètre seulement un peu inférieur au diamètre intérieur de l'anneau formé par l'enroulement électrique intérieur 26. Les contours extérieurs 58 et 59 des deux calottes 56 et 57 sont séparés l'un de l'autre par un espace 62 favorisant le transfert d'énergie calorifique depuis l'enrou­lement intérieur 26 vers l'extérieur. De même, les contours 60 et 61 sont séparés l'un de l'autre par un espace 63 favorisant le passage d'énergie calorifique depuis l'enroulement intérieur 26 vers la cheminée centrale 12.
  • Les calottes supérieure 56 et inférieure 57 sont conformées pour s'appliquer à faible jeu sur l'enroulement intérieur 26. Après leur mise en place, elles peuvent être maintenues en position par tous moyens, par exemple par quelques tours de ruban répartis en deux ou trois zones de la périphérie du circuit.
  • Chaque calotte 56 ou 57 comprend un rebord intérieur 64 recouvrant partiellement la face cylindrique intérieure de l'enroulement électrique intérieur 26, et un rebord extérieur 65 recouvrant partielle­ment la face cylindrique latérale extérieure de l'enroulement électrique intérieur 26. Ces rebords assurent l'emboîtage des calottes 56 et 57 sur l'enroulement intérieur, et leur épaisseur définit l'épaisseur de la lame d'air séparant l'enroulement électrique intérieur 26 de l'enroule­ment électrique extérieur ou du shunt magnétique.
  • On voit sur la figure 11 que les contours extérieurs 58 et 59 des deux calottes 56 et 57 ont une forme particulière : ainsi, le contour extérieur 58 de la calotte 56 comprend une gorge annulaire 66, et le contour extérieur 59 de la calotte 57 comprend une gorge annulaire 67, les gorges 66 et 67 se faisant face l'une à l'autre comme le présente la figure.
  • Le noyau magnétique 42, constitué d'un empilage de tôles magnétiques, de forme rectangulaire, cintrées, présente un bord supé­rieur 68 engagé dans la gorge 66 et un bord inférieur 69 engagé dans la gorge 67. Lors du bobinage de l'enroulement extérieur, par dessus les calottes 56 et 57, les parois des gorges 66 et 67 tendent à se resserrer et à pincer les bords du noyau magnétique 42. Il en résulte un maintien très serré des tôles, évitant les bruits et les vibrations, et facilitant leur montage. Malgré le serrage, il reste possible de faire coulisser l'une des tôles formant le noyau magnétique 42, pour le réglage ultérieur du transformateur. Dans ce mode de réalisation, le noyau magnétique 42 présente un profil ouvert, en forme de secteur annulaire avec un seul entrefer 47.
  • L'enroulement électrique extérieur 48, formé de spires radia­les, recouvre l'ensemble ainsi formé. Les calottes 56 et 57 forment le suport de l'enroulement électrique extérieur 48.
  • Les faces externes des contours 58, 59, 60 et 61 des calottes 56 et 57 présentent avantageusement une section transversale arrondie, comme le représente la figure 11. Grâce à cette section arrondie, la spire moyenne d'enroulement extérieur 48 présente une longueur réduite, et le bobinage est plus régulier. La face externe des calottes 56 et 57 présente en outre une particularité permettant de résoudre les problèmes liés au bobinage d'une conducteur électrique plat de grosse section sur un noyau torique. Le problème que l'on recontre est illustré sur les figures 7 et 8. Par le fait que les spires d'une première couche 70 sont jointives dans la zone 71 en regard de la cheminée centrale 12 du circuit, les mêmes spires sont écartées dans la zone extérieure 72. Lorsque l'on enroule une couche supérieure de spires au-dessus de la couche inférieure 70, par exemple lorsque l'on positionne le conducteur 73, ce conducteur recouvre à chevauchement deux conducteurs de la couche inférieure 70 au voisinage de la zone 71, mais tend à s'insérer entre deux conducteurs de la couche inférieure 70 au voisinage de la zone extérieure 72. Le passage du chevauchement à l'insertion s'effectue dans und zone intermédiaire, dans laquelle le conducteur 73 est plié et vient en appui en deux points latéraux 74 et 75 sur chacun des conducteurs de la couche inférieure 70. Ces appuis latéraux ponctuels sont, le siège d'une pression importante, produisant l'endommagement des isolants de conducteur.
  • Pour éviter cet inconvénient, les calottes 56 et 57 compren­nent, sur leurs faces planes externes, des cales 75, réparties régulièrement en cercle en une zone intermédiaire entre le contour intérieur et le contour extérieur des calottes. Les cales 75 ont une hauteur sensiblement égale à l'épaisseur du conducteur plat, et sont séparées l'une de l'autre par un espace 76 de largeur supérieure à la largeur du conducteur plat formant l'enroulement. Ainsi, pour former l'enroulement extérieur 48, une première couche d'enroulement 77 est constituée par des spires de conducteur engagées chacune entre deux cales successives. Une seconde couche d'enroulement 78 est constituée par des spires de conducteur passant chacune sur la face supérieure d'une cale, comme le représente la figure 9. Ainsi, comme on le voit sur la figure 8, la cale 75 évite le contact ponctuel latéral entre les conducteurs de la couche inférieure 70 et le conducteur 73 de la couche supérieure.
  • Les calottes 56 et 57 assurent le maintien mécanique du noyau magnétique 42. Comme le représente la figure 9, les calottes 56 et 57 peuvent également assurer le maintien des écrans électrostatiques 37 et 49, disposés entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire du transformateur.
  • Les gorges annulaires 66 et 67 assurant le maintien du noyau magnétique 42 peuvent être interrompues sur une partie de leur périphé­rie, permettant la manipulation des tôles du circuit magnétique 42 pour leur déplacement par coulissement périphérique. Les tôles sont accessi­bles dans la zone de l'entrefer 47, zone qui n'est pas entièrement recouverte par le circuit électrique extérieur 48. En réalité, le circuit électrique extérieur 48 recouvre la totalité du tore, à l'exception d'une partie de l'entrefer 47.
  • On peut profiter de la présence des calottes 56 et 57 pour prévoir, dans leurs surfaces supérieure ou inférieure, des cheminées de passage des conducteurs pour maintenir et assurer le passage des extrémités des enroulements intérieurs.
  • Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 9 à 11, seules les calottes 56 et 57 sont munies de cales 75. De manière étonnante, on a pu constater que la présence de ces cales 75 améliore considérablement la régularité de disposition des spires de l'enroule­ment extérieur 48. Il en résulte une amélioration sensible de la reproductibilité des caractéristiques électriques du transformateur ainsi obtenu, de sorte qu'il devient quasiment inutile de régler ces caractéristiques électriques, après montage par manipulation des tôles du noyau magnétique 42.
  • On peut en outre envisager d'utiliser des calottes comprenant des cales 75 non plus entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire du transformateur, mais entre des couches successives d'enroulement, procurant ainsi les mêmes avantages. On pourrait égale­ment utiliser des cales 75 sur les calottes 50 et 51 de circuit magnétique. Les cales 75 peuvant aussi être avantageusement utilisées avec des conducteurs électriques à section ronde.
  • Les calottes 56 et 57 entre enroulements électriques peuvent avantageusement être percées de lumières réparties sur leurs surfaces. De telles lumières, non représentées sur les figures, favorisent les échanges thermiques depuis l'enroulement intérieur vers l'extérieur.
  • La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa­tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendica­tions ci-après.

Claims (15)

1 -Transformateur torique, comprenant :
- un circuit magnétique principal annulaire (20) fermé,
- des moyens d'isolement (21, 22, 23, 24, 25) du circuit magnétique,
- un enroulement électrique intérieur (26) bobiné sur les moyens d'isolement du circuit magnétique,
- des moyens d'isolement électrique intermédiaire (27, 29, 35, 36, 43) entourant l'enroulement électrique intérieur,
- un enroulement électrique extérieur (48) bobiné autour de l'isolement électrique intermédiaire,
caractérisé en ce qu'il comprend un noyau magnétique ouvert (42) comportant au moins un secteur annulaire limité par en entrefer et disposé parallèlement au circuit magnétique principal annulaire (20) entre l'enroulement électrique intérieur (26) et l'enroulement électri­que extérieur (48).
2 - Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau magnétique (42) comporte au moins un secteur annulaire (44) disposé selon le pourtour de l'enroulement électrique intérieur (26).
3 - Transformateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le noyau magnétique (42) comporte au moins un secteur annulaire disposé dans la cheminée centrale de l'enroulement électrique intérieur (26).
4 - Transformateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le noyau magnétique (42) comporte au moins un secteur annulaire disposé sur un flanc (28, 30) de l'enroulement intérieur (26).
5 - Transformateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enroulement électrique extérieur (48) recouvre le noyau magnétique (42), l'enroulement électrique intérieur (26) et une partie de la zone de l'entrefer (47).
6. - Transformateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une couronne supérieure (27) rigide et électriquement isolante et une couronne inférieure (29) rigide et isolante, dont les contours extérieurs (31, 32) sont reliés l'un à l'autre par des barrettes axiales (35) formant support pour le noyau magnétique (42).
7 - Transformateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les barrettes axiales (35) comportent une encoche extérieure (41) dont la longeur est légèrement supérieure à la hauteur de noyau magnétique (42), pour recevoir le noyau et assurer son positionnement axial, le noyau magnétique (42) comprenant un empilage de tôles cintrées sur le pourtour défini par les barrettes (35) axiales et sur lesquelles elles sont maintenues par un enrubannage périphérique isolant (43).
8 - Transformateur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les couronnes supérieure (27) et inférieure (29) comportent un contour intérieur (33, 34) circulaire de diamètre inférieur au diamètre intérieur del'anneau formé par l'enroulement électrique intérieur (26), et comportent un contour extérieur (31, 32) de diamètre supérieur au diamètre extérieur de l'anneau formé par l'enroulement électrique intérieur (26), de sorte que les couronnes forment un support sur lequel est bobiné l'enroulement exterieur (48).
9 - Transformateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que :
- il comprend une calotte torique supérieure (56) électriquement isolante et une calotte torique inférieure (57) électriquement isolante,
- chaque calotte torique (56, 57) étant limitée par un contour extérieur circulaire (58, 59) de diamètre seulement un peu supérieur au diamètre extérieur de l'anneau formé par l'enroulement électrique intérieur (26), et étant limitée par un contour intérieur circulaire (60, 61) de diamètre seulement un peu inférieur au diamètre intérieur de l'anneau formé par l'enroulement électrique intérieur (26),
- les contours respectifs de la calotte supérieure (56) et de la calotte inférieure (57) en regard l'un de l'autre étant séparés par un espace (62, 63) favorisant le transfert d'énergie calorifique.
10 - Transformateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque calotte (56, 57) comprend un rebord intérieur (64) et/ou extérieur (65) recouvrant partiellement la face cylindrique latérale correspondante de l'enroulement électrique intérieur (26).
11 - Transformateur selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les faces externes des contours (58, 59, 60, 61) de calotte présentent une section transversale arrondie.
12 - Transformateur selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que :
- les calottes (56, 57) comprennent, sur leurs faces planes externes, des cales (75) réparties régulièrement en cercle en une zone intermé­diaire entre le contour extérieur (58) et le contour intérieur (60), les cales (75) ayant une hauteur sensiblement égale à l'épaisseur du conducteur formant l'enroulement, les cales étant séparées l'une de l'autre par un espace (76) de largeur supérieur à la largeur du conducteur,
- une première couche (77) d'enroulement est constituée par des spires de conducteur engagées chacune entre deux cales successives, une seconde couche (78) d'enroulement est constituée par des spires de conducteur passant chacune sur la face supérieure d'une cale.
13 - Transformateur selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que :
- le contour extérieur (58, 59) de chacune des calottes (56, 57) comprend une gorge annulaire (66, 67) faisant face à la gorge annulaire de l'autre calotte,
- le noyau magnétique (42) comprend un empilage de tôles cintrées dont les bords (68, 69) sont pincés respectivement dans la gorge de calotte supérieure (66) et dans la gorge de calotte inférieure (67), de sorte que le noyau magnétique (42) est tenu par les calottes.
14 - Transformateur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les gorges annulaires (66, 67) sont ouvertes sur une portion de leur périphérie, permettant la manipulation des tôles du noyau magnétique (42) par coulissement périphérique.
15 - Transformateur selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que les calottes tiennent, par leur contour, des écrans électrostatiques (37, 49) entre enroulement intérieur (26) et enroulement extérieur (48).
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