FR1337426A

FR1337426A - Improvements to plates for magnetic circuits and devices incorporating such circuits

Info

Publication number: FR1337426A
Application number: FR42795A
Authority: FR
Inventors: Benoit Monfray
Priority date: 1962-08-01
Filing date: 1962-08-01
Publication date: 1963-09-13

Description

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Perfectionnemeuts aux tôles pour circuits magnétiques et aux appareils comportant de tels circuits. On sait que pour éviter les pertes par courant de Foucault dans les circuits magnétiques des appareils électriques à courant alternatif ou variable, l'on a été amené à établir ces circuits par le moyen de fer divisé et plus particulièrement de tôles minces empilées les unes sur les autres et isolées entre elles soit par une mince couche d'isolant, soit par application d'un vernis, soit même simplement par la pellicule .d'oxyde qui recouvre le métal. On utilise le plus souvent des tôles découpées au profil du circuit à établir, ou d'une partie de ce circuit, et on les entasse jusqu'à obtenir l'épaisseur voulue. Bien entendu pour qu'un tel artifice soit efficace, il faut que les plans de division coupent le trajet que tendent à suivre les courants de Foucault, ce qui implique que ces plans soient parallèles aux lignes de force du champ magnétique. Lorsque cette condition n'est pas remplie l'on se heurte à un double inconvénient, savoir d'une part que le flux magnétique doit traverser les joints entre les tôles successives, d'autre part que la composante de ce flux perpendiculaire aux plans des tôles au point considéré détermine dans celles-ci des courants de Foucault. Le premier inconvénient n'est pas important dans la plupart des cas pour les appareils de puissance peu élevée dans lesquels on ne prévoit pas une couche isolante particulière entre les tôles successives: par contre le second est extrêmement grave car il entraîne des pertes d'énergie considérables et des échauffements inadmissibles. <Desc / Clms Page number 1>
Perfect for magnetic circuit boards and devices with such circuits. It is known that, in order to avoid eddy current losses in the magnetic circuits of AC or variable-voltage electrical apparatus, these circuits have been made to be established by means of split iron and more particularly of thin sheets stacked one on top of the other. the others and insulated from each other either by a thin layer of insulation, or by application of a varnish, or even simply by the film of oxide which covers the metal. Plates cut from the profile of the circuit to be established, or part of this circuit, are usually used and they are stacked until the desired thickness is obtained. Of course, for such an artifice to be effective, it is necessary for the division planes to cut the path that the eddy currents tend to follow, which implies that these planes are parallel to the magnetic field of force. When this condition is not fulfilled one encounters a double disadvantage, namely on the one hand that the magnetic flux must cross the joints between the successive sheets, on the other hand that the component of this flow perpendicular to the planes of the The plates at the point in question determine in these eddy currents. The first disadvantage is not important in most cases for devices of low power in which there is not provided a particular insulating layer between the successive sheets: on the other hand the second is extremely serious because it causes energy losses. and inadmissible overheating.

La présente invention vise à permettre de s'affranchir de cette obligation d'orientation des plans des tôles par rapport au flux magnétique, au moins en ce qui concerne les appareils courants de puissance réduite. The present invention aims to overcome this obligation to orient the plans of the sheets relative to the magnetic flux, at least as regards the current devices of reduced power.

Conformément à l'invention l'on utilise pour certaines parties au moins du circuit magnétique de ces appareils des tôles comportant des perfora- tions conformées et disposées de manière à imposer aux courants tendant à circuler dans le plan de chaque tôle considérée des trajets de grande longueur dans des zones à largeur réduite, de manière à limiter la puissance absorbée par ces courants à une valeur négligeable par rapport à celle de l'appareil. According to the invention, at least some parts of the magnetic circuit of these apparatuses are used with plates having perforations shaped and arranged in such a way as to impose on the currents tending to circulate in the plane of each sheet considered length in areas of reduced width, so as to limit the power absorbed by these currents to a negligible value compared to that of the device.

L'on peut notamment, conformément à l'invention, pratiquer dans la tôle des- découpures étroites et allongées disposées en quinconce. A la limite, ces découpures peuvent être établies sous la forme de simples fentes, la résistance de contact entre les bords en regard de chaque fente pouvant suffire en certains cas à empêcher pratiquement le passage des courants de Foucault. Lorsque la ductilité de la tôle le permet l'on peut d'ailleurs ouvrir ces fentes en expandant le métal perpendiculairement à leur .direction. In particular, in accordance with the invention, it is possible to make narrow, elongated staggered cutouts in the sheet metal. At the limit, these cuts can be established in the form of simple slots, the contact resistance between the edges facing each slot being sufficient in some cases to prevent substantially the passage of eddy currents. When the ductility of the sheet allows it can also open these slots by expanding the metal perpendicular to their direction.

L'invention concerne encore diverses formes d'exécution de circuits magnétiques utilisant des tôles du genre sus-indiqué. Dans une première forme le circuit comprend un noyau feuilleté, qui peut être établi en tôle magnétique perforée ou non. et une culasse extérieure entourante réalisée par enroulement sur les extrémités du noyau d'une ou plusieurs bandes de tôle perforée à la façon sus- indiquée. Le flux émanant d'une extrémité du noyau traverse les tôles de la culasse perpendiculairement aux couches de tôle qui la constituent et il se répartit entre ces couches pour revenir à l'autre extrémité de ce noyau. L'on peut prévoir des entre- fers. si nécessaire. The invention further relates to various embodiments of magnetic circuits using sheets of the kind mentioned above. In a first form, the circuit comprises a laminated core, which can be made of perforated magnetic plate or not. and a surrounding outer yoke made by winding on the ends of the core one or more perforated sheet metal strips in the manner indicated above. The flow emanating from one end of the core passes through the laminations of the cylinder head perpendicularly to the sheet metal layers that constitute it and it is distributed between these layers to return to the other end of this core. There can be gaps. if necessary.

Dans une variante, applicable aux transformateurs à fuites, la culasse entourante est resserrée en direction du noyau entre les bobines portées par celui-ci. In a variant, applicable to leakage transformers, the surrounding yoke is tightened towards the core between the coils carried by it.

Suivant une autre forme d'exécution de l'invention. applicable plus particulièrement aux appareils polyphasés, le noyau est fait en tôle perforée à la According to another embodiment of the invention. more particularly applicable to polyphase devices, the core is made of perforated sheet metal at the

façon sus-indiquée et il est relié par des shunts en tôle perforée ou non perforée avec des culasses constituées par empilage de tôles rectangulaires perforées. above-indicated manner and is connected by shunts in perforated or non-perforated sheet with yokes formed by stacking perforated rectangular sheets.

Dans une troisième forme d'exécution le noyau est fait en tôle perforée et les bandes de tôle qui le constituent, prévues de grande longueur, sont repliées par dessus les bobines pour former culasse entourante, cette dernière pouvant être reliée avec la partie centrale de ce noyau par des shunts, comme dans la forme d'exécution précédente. In a third embodiment the core is made of perforated sheet metal and the strips of sheet metal which constitute it, provided for a great length, are folded over the coils to form the surrounding yoke, the latter being connectable with the central part of this core by shunts, as in the previous embodiment.

L'invention permet une utilisation plus rationnelle des tôles magnétiques en réduisant les déchets de découpage. Elle autorise en outre des montages multiples n'exigeant pas des profils découpés compliqués et coûteux pour les petites séries. The invention allows a more rational use of the magnetic sheets by reducing the cutting waste. It also allows multiple assemblies do not require complicated and expensive cut profiles for small series.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Figure 1 montre une bande de tôle perforée pour circuit magnétique établie conformément à l'invention; Figures 2 et 3 indiquent deux variantes dans la forme des perforations; Figures 4 et 5 montrent en perspective respectivement le noyau et la bobine d'un appareil établi suivant l'invention; Figure 6 est une vue en perspective avec coupe médiane de l'appareil monté; Figure 7 est une vue en perspective générale de cet appareil; Figure 8 est une vue en élévation d'une variante d'un tel appareil; Figure 9 montre un appareil du même genre comportant des cales d'entrefer; Figure 10 est une coupe d'un transformateur à fuites suivant J'invention; Figure 11 est une vue de côté avec coupe partielle d'un appareil triphasé suivant une autre forme d'exécution de l'invention; Figure 12 montre une autre forme d'exécution d'un tel appareil triphasé; Figure 13 reproduit figure 12, mais avant re- pliage complet de la culasse entourant l'appareil; Figure 14 montre à grande échelle comment se superposent les bandes de tôles dans la zone du joint d'une branche de la culasse. The accompanying drawing, given by way of example, will allow a better understanding of the invention, the characteristics that it presents and the advantages that it is likely to provide. FIG. 1 shows a perforated sheet metal strip for a magnetic circuit established in accordance with FIG. 'invention; Figures 2 and 3 indicate two variants in the form of the perforations; Figures 4 and 5 show in perspective respectively the core and the coil of an apparatus established according to the invention; Figure 6 is a perspective view with median section of the mounted apparatus; Figure 7 is a general perspective view of this apparatus; Figure 8 is an elevational view of a variant of such an apparatus; Figure 9 shows a device of the same kind with gap pads; Figure 10 is a sectional view of a leakage transformer according to the invention; Figure 11 is a side view in partial section of a three-phase apparatus according to another embodiment of the invention; Figure 12 shows another embodiment of such a three-phase apparatus; Figure 13 reproduced in Figure 12, but before complete folding of the cylinder head surrounding the apparatus; Figure 14 shows on a large scale how the strips of metal are superimposed in the area of the joint of a branch of the cylinder head.

En figure 1 on a représenté une bande de tôle 1 dans laquelle on a pratiqué une série de découpures étroites et allongées 2 disposées en quinconce et très rapprochées les unes des autres. On comprend que si une telle tôle est disposée dans un champ magnétique alternatif, perpendiculairement aux lignes de force de celui-ci, les courants de Foucault qui y sont induits ne peuvent se fermer qu'en contournant les découpures 2 et en passant dans les zones 3 de largeur réduite' qui les séparent dans le sens transversal de la bande de tôle. L'importance de ces courants se trouve donc extrêmement réduite de ce fait et la tôle est parfaitement utilisable dans ces conditions, au moins dans le cas des appareils courants de puissance peu élevée. In Figure 1 there is shown a sheet metal strip 1 in which a series of narrow and elongated cuts 2 arranged in staggered rows and closely spaced from each other has been made. It is understood that if such a sheet is disposed in an alternating magnetic field, perpendicular to the lines of force thereof, the eddy currents induced therein can only close bypassing the cutouts 2 and passing through the zones 3 of reduced width 'which separate them in the transverse direction of the sheet metal strip. The importance of these currents is therefore extremely reduced and the sheet is perfectly usable under these conditions, at least in the case of low current devices.

Dans la forme d'exécution de figure 2 la tôle 1 est découpée .de fentes 4 également en quinconce. On peut considérer que de telles fentes correspondent à des découpures suivant figure 1 dont on aurait réduit la largeur à zéro. Dans la mesure où l'on peut admettre -que la résistance de contact entre les bords de chaque fente est suffisante pour empêcher le passage des courants de Foucault, cette forme de réalisation constitue féquivaient de la précédente. In the embodiment of Figure 2 the sheet 1 is cut .se slots 4 also staggered. It can be considered that such slots correspond to cuts according to Figure 1 which would have reduced the width to zero. Insofar as it can be assumed that the contact resistance between the edges of each slot is sufficient to prevent the passage of eddy currents, this embodiment is equivalent to the previous one.

Il est à noter que si la ductilité de la tôle le permet, l'on peut parfaitement expander transversalement la bande de figure 2 (en opérant à froid ou à chaud suivant les cas) pour obtenir la tôle à fenêtres 5 en forme de losanges de figure 3. It should be noted that if the ductility of the sheet allows it, it is perfectly possible to crosswise expander the strip of Figure 2 (operating cold or hot depending on the case) to obtain the metal sheet 5 diamond-shaped figure 3.

On comprend d'ailleurs que figures 1 à 3 ne sont nullement limitatives. La tôle utilisée peut ne pas être sous forme de bande et, quelle que soit d'ailleurs sa forme, l'orientation des découpures ou fentes peut varier. Il en va de même de la forme de ces découpures ou fentes qui ne sont pas obligatoirement rectilignes et parallèles. It will be understood moreover that FIGS. 1 to 3 are in no way limiting. The sheet used may not be in the form of a strip and, whatever its shape, the orientation of the cutouts or slots may vary. It is the same with the shape of these cutouts or slots which are not necessarily straight and parallel.

Bien entendu les tôles de figures 1 à 3, ainsi que toutes celles qu'on peut établir suivant les mêmes caractéristiques, sont préférablement faites en un métal approprié à la constitution des circuits magnétiques (tôles au silicium, par exemple). La réalisation des découpures ou fentes peut se faire de toute manière appropriée, par exemple au poinçon avec avance par saccades, par le moyen de roulettes coupantes convenablement disposées, etc. Of course the sheets of Figures 1 to 3, as well as all those that can be established according to the same characteristics, are preferably made of a metal suitable for the constitution of magnetic circuits (silicon sheets, for example). The making of the cutouts or slots can be done in any appropriate manner, for example to punch with advance by jerks, by means of cutting wheels suitably arranged, etc.

Dans la forme d'éxécution de figures 4 à 7 pour établir un appareil tel qu'un transformateur, par exemple, l'on commence par préparer un noyau 6 (fil-. 4) par empilage de tôles non perforées (étant remarqué que l'utilisation de tôles perforées suivant figures 1 à 3 n'est nullement exclue). On réalise d'autre part une bobine 7 (fig. 5) qu'on monte sur le noyau 6. Puis pour fermer le flux entre les deux faces d'extrémité du noyau, l'on enroule sur l'ensemble une bande de tôle perforée de manière à réaliser une culasse entourante 8 (fi-. 6) au contact desdites extrémités. On obtient ainsi finalement l'appareil montré en perspective en figure 7. Le flux induit par la bobine 7 traverse le noyau 6 perpendiculairement à son grand axe, mais parallèlement aux plans des tôles qui le constituent. Il passe dans la culasse 8 perpendiculairement aux couches successives de tôle de celle-ci, mais sans déterminer des pertes notables en In the embodiment of Figures 4 to 7 for establishing an apparatus such as a transformer, for example, a core 6 (wire 4) is first prepared by stacking unperforated sheets (noting that the use of perforated sheets according to Figures 1 to 3 is not excluded). On the other hand, a coil 7 (FIG 5) is mounted on the core 6. Then, to close the flow between the two end faces of the core, a sheet metal strip is wound on the assembly. perforated to provide a surrounding yoke 8 (fi-6) in contact with said ends. This finally gives the apparatus shown in perspective in Figure 7. The flux induced by the coil 7 through the core 6 perpendicular to its major axis, but parallel to the plans of the sheets that constitute it. It passes into the breech 8 perpendicular to the successive layers of sheet thereof, but without determining any significant losses in

raison de la présence des perforations (par exemple des découpures de fig. 1), et se répartit dans ces couches pour revenir au noyau. because of the presence of the perforations (eg cutouts of Fig. 1), and is distributed in these layers to return to the core.

La culasse 8 peut être maintenue par agrafage ou soudure de l'extrémité de la bande perforée qui la constitue, ou, comme ou l'a supposé en figure 6, .d'une bande non perforée 9 enroulée d'un tour ou deux par dessus la bande perforée. On peut prévoir un boîtier pour assurer le serrage de la culasse entourante 8 sur les extrémités du noyau 6 et ce boîtier peut d'ailleurs assurer égaiement la retenue de la bande perforée enroulée, en dispensant ainsi de tout agrafage. On conçoit d'ailleurs que les possibilités sont multiples et ne sauraient être énumérées limitativement, l'essentiel étant d'une part que la bande constitutive de la culasse 8 soit maintenue à l'encontre de sa tendance au déroulement et d'autre part que cette culasse soit maintenue fortement appliquée contre les faces d'extrémité .du noyau. The yoke 8 can be held by stapling or welding the end of the perforated strip which constitutes it, or, as or assumed in FIG. 6, an unperforated strip 9 wound by a turn or two by above the perforated band. A housing can be provided to ensure the tightening of the surrounding yoke 8 on the ends of the core 6 and this housing can also ensure the retention of the wound perforated tape, thus dispensing with any stapling. It is conceivable, moreover, that the possibilities are numerous and can not be enumerated limitatively, the essential being firstly that the constituent strip of the breech 8 is maintained against its tendency to unwind and secondly that this yoke is held tightly against the end faces of the core.

Figure 8 montre une disposition qui ne se distingue de la précédente qu'en ,ce que le noyau 6 est disposé avec son grand axe orienté suivant l'axe de la bobine 7, ce qui peut permettre un meilleur serrage de la culasse 8 contre les extrémités du noyau. Figure 8 shows a provision which differs from the previous in that the core 6 is disposed with its major axis oriented along the axis of the coil 7, which may allow a better clamping of the cylinder head 8 against the kernel ends.

Bien entendu l'on peut aisément interposer des cales telles que 10 (fig. 9) quand l'on désire ménager un entrefer dans le circuit magnétique, par exemple dans le cas de bobines de réactance. Of course, shims such as 10 (FIG 9) can be easily interposed when it is desired to provide an air gap in the magnetic circuit, for example in the case of reactance coils.

Figure 10 montre une variante d'exécution applicable au cas .d'un transformateur .à fuites. Ici le noyau 6 porte deux bobines 11 et 12 correspondant en principe au primaire et au secondaire (bien que l'un âu moins de ceux-ci puisse être plus ou moins réparti entre les deux bobines). La-cu- lasse 8 est déformée intérieurement de manière à sa rapprocher du noyau 6 dans l'espace qui sépare les deux bobines 11 et 12. Bien entendu il est important que les pointes des parties 13 ainsi rapprochées du noyau restent à une distante constante de celui-ci pour que l'importance des fuites reste elle-même constante. Pour cela il convient que la culasse 8 soit énergiquement maintenue par un boîtier rigide dont on a schématiquement indiqué les parois utiles en M. Figure 10 shows an alternative embodiment applicable to the case of a leakage transformer. Here the core 6 carries two coils 11 and 12 corresponding in principle to the primary and secondary (although one - less of them can be more or less distributed between the two coils). The cup 8 is deformed internally so as to bring it closer to the core 6 in the space separating the two coils 11 and 12. Of course it is important that the tips of the parts 13 thus brought closer to the core remain at a constant distance. of it so that the importance of the leaks remains constant. For this it is appropriate that the cylinder head 8 is energetically maintained by a rigid housing which schematically indicated the useful walls in M.

Bien entendu dans l'appareil de figure 10, si le noyau 6 est fait en tôle non perforée il faut que les tôles élémentaires soient disposées parallèlement au plan de la culasse entourante 8 afin que le flux de fuite émanant des pointes 13 circule parallèlement aux plans des tôles de ce noyau. Au contraire, si le noyau 6 est fait en tôle perforée, cette condition n'est plus essentielle. Of course in the apparatus of FIG. 10, if the core 6 is made of non-perforated sheet metal, it is necessary for the elementary plates to be arranged parallel to the plane of the surrounding yoke 8 so that the leakage flux emanating from the tips 13 circulates parallel to the planes sheets of this core. On the contrary, if the core 6 is made of perforated sheet metal, this condition is no longer essential.

Figure 11 montre un appareil triphasé (transformateur, par exemple) comprenant un noyau 15 fait en tôle perforée et sur lequel les trois bobines 16 sont disposées à un certain écartement. Sur ce noyau et de part et d'autre des trois bobines l'on a disposé des shunts 17 faits en tôle perforée ou non perforée, les plans de -ces tôles étant perpendiculaires à l'axe du noyau. Sur l'ensemble on a plaqué deux culasses 18 faites en tôle perforée dont les plans sont parallèles aux plans des tôles perforées .du noyau 15. On comprend que le flux de chaque bobine 16 se ferme par le noyau 15, les shunts 17 qui entourent la bobine considérée et les culasses 18. Grâce aux perforations des tôles du noyau et des culasses le fait que ce flux n'est pas toujours orienté parallèlement aux plans des tôles n'entraîne aucun inconvénient. Figure 11 shows a three-phase apparatus (transformer, for example) comprising a core 15 made of perforated plate and on which the three coils 16 are arranged at a certain spacing. On this core and on both sides of the three coils there are arranged shunts 17 made of perforated or non-perforated sheet metal, the plans of these sheets being perpendicular to the axis of the core. On the assembly were plated two heads 18 made of perforated sheet whose planes are parallel to the planes of the perforated sheets of the core 15. It is understood that the flow of each coil 16 is closed by the core 15, the shunts 17 which surround the coil considered and the cylinder heads 18. Thanks to perforations of the core plates and cylinder heads the fact that this flow is not always oriented parallel to the plane of the plates does not cause any inconvenience.

Dans la forme d'exécution de figure 12 on retrouve un noyau, ici référencé 19, portant trois bobines 16 avec des shunts 17, mais ici la culasse extérieure est réalisée par repliage des bandes de tôle perforée qui constituent le noyau, ces bandes étant découpées à une longueur bien supérieure à celle désirée pour celui-ci. Pour que le circuit magnétique puisse se fermer, on décale longitudinalement des bandes .de tôle successives afin que les joints en bout se chevauchent suffisamment. Figure 13 montre bien en 20 la ligne générale de joint des deux moitiés de la branche inférieure de la culasse entourante 18, tandis que celles de la branche supérieure n'ont pas été rabattues complètement et sont encore séparées. En figure 14 on a représenté avec une échelle d'épaisseur volontairement exagérée comment se présente la jonction pour trois bandes de tôle successives. Les deux extrémités en regard de la bande 21 laissent entre elles un espace 22, mais celui-ci est décalé par rapport à l'espace 23 ménagé entre les deux extrémités de la bande suivante 24, et ainsi de suite. Le flux peut donc parfaitement passer en circulant d'une bande de tôle à l'autre, ce qui ne comporte aucun inconvénient en raison de la présence des perforations (non représentées en fig. 14). In the embodiment of Figure 12 there is a core, here referenced 19, carrying three coils 16 with shunts 17, but here the outer cylinder head is made by folding the perforated sheet metal strips which constitute the core, these strips being cut at a length much greater than that desired for it. In order for the magnetic circuit to close, longitudinal strips of sheet metal are displaced longitudinally so that the end joints overlap sufficiently. Figure 13 shows the general line of joint of the two halves of the lower branch of the surrounding yoke 18, while those of the upper branch have not been completely closed and are still separated. FIG. 14 shows with a deliberately exaggerated thickness scale the junction for three successive strips of sheet metal. The two opposite ends of the band 21 leave between them a space 22, but it is offset with respect to the space 23 formed between the two ends of the next band 24, and so on. The flow can therefore pass perfectly circulating from one sheet of metal to the other, which has no disadvantage because of the presence of the perforations (not shown in Fig. 14).

Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. On conçoit notamment qu'on pourrait imaginer bien d'autres dispositions pour utiliser des tôles perforées suivant l'invention.It must also be understood that the foregoing description has been given by way of example only and that it in no way limits the scope of the invention which could not be overcome by replacing the execution details described. by all other equivalents. It is conceivable in particular that one could imagine many other provisions for using perforated sheets according to the invention.

Claims

SUMMARY I. Sheets for magnetic circuits of transformers, reactance coils and other apparatus, remarkable in that they comprise perforations shaped and arranged so as to impose on the currents -tending to circulate in the plane of each sheet considered large paths length in areas of reduced width, said sheets may furthermore have the following characteristics, separately or in combination <Desc / Clms Page number 4>

1 The sheet has narrow and elongated cutouts arranged in staggered rows; 2 The sheet has slots arranged in staggered rows; The sheet has openings made by transverse expansion of the parallel slots. II. Appliances having application of sheets according to I, and in particular appliances having at least some of the following remarkable characteristics, separately or in combination 1 The magnetic circuit comprises a core of perforated or imperforate sheet and which carries the coil, the whole being surrounded by by a yoke made of one or more perforated sheet metal strips wound on the ends of the core; In the case of a leakage apparatus, the surrounding yoke is constricted towards the core between the coils carried thereby; The apparatus comprises a perforated sheet metal core which carries the coils and which is connected by perforated or non-perforated sheet metal shunts to yokes made by stacking rectangular sheets whose planes are parallel to those of the perforated core sheets; The core is made of perforated sheet metal and the strips of sheet metal which constitute it, provided of great length, are folded over the coils to form the surrounding yoke, this yoke being connectable with the central part of the core by shunts.