FR2505546A1 - Noyaux magnetiques ajoures et a grilles feuilletees - Google Patents

Abstract

LE NOYAU MAGNETIQUE SELON L'INVENTION, DESTINE NOTAMMENT A DES BOBINES DE REACTANCE EN DERIVATION A HAUTE TENSION COMPORTE DES CULASSES 7, 9 ET DES BRANCHES 11, 13 EN TOLE 15 EMPILEES. CHAQUE BRANCHE COMPORTE DES OUVERTURES 25 EN FORME DE FENTES ET DES ENCOCHES 27 SUR CHAMP POUR RETARDER LA SATURATION MAGNETIQUE ET OBTENIR DES CARACTERISTIQUES LINEAIRES DE MAGNETISATION.

Description

Noyaux magnétiques ajourés et à grilles feuilletées La présente invention

se rapporte d'une façon générale aux noyaux magnétiques à grilles feuilletées et

aux noyaux magnétiques ajourés, et concerne plus parti-

culièrement des noyaux de haute réluctance, comme pour j des bobines de réactance en dérivation à haute tension ou autres organes électromagnétiques qui doivent avoir

des caractéristiques linéaires de magnétisation.

La fonction principale d'une bobine de réactance en dérivation est d'apporter la compensation inductive nécessaire pour le contrble et la stabilité de tension

dans des lignes de transport d'énergie à haute tension.

Les conditions principales imposées à une bobine de réac-

tance sont de supporter et de compenser des hautes ten-

sions (souvent de l'ordre de 700 k V) et de présenter une inductance constante dans une large plage d'inductions

de fonctionnement En m Ixe temps, les bobines de réac-

tance doivent avoir une bonne rigidité de structure, de faiblesdimensions, un poids réduit, de faibles pertes,

et ne produire que peu de vibrations et de bruits.

Les bobines de réactance en dérivation courantes, actuellement disponibles, sont réalisées d'une manière similaire à celle des transformateurs de puissance à

noyau, en ce que dans les deux cas, de l'acier électri-

que à grains orientés à faible perte et de haute perméa-

2 j bilité est utilisé dans les sections de culasse du noyau.

ivais la différence marquée est que les bobines de réac-

tance en dérivation doivent présenter une inductance con-

stante dans toute une plage d'inductions de fonctionne-

ment Dans des bobines de réactance en dérivation à haute

tension de type courant, ce résultat est obtenu en uti-

lisant plusieurs larges entrefers dans les branches du noyau de la bobine Par exemple, les branches de forte réluctance peuvent consister en des entrefers d'environ

mm, alternés avec de l'acier électrique d'une épais-

seur de 25 mm En pratique courante, les sections de fer

ou sections f erromagnétiques du noyau à haute réluc-

tance sont réalisées en découpant et en assemblant des bandes d'acier électrique en ce qui ressemiole à une

roue à rayons multiples, sous la forme d'un disque.

Mais ces sections sont difficiles à réaliser en raison de la nécessité d'utiliser des bandes d'acier dont la dimension radiale diminue progressivement au fur et à

mesure que le montage passe du centre à la circonfé-

rence de la section La réalisation est encore compli-

quée par des conditions d'encombrement et des conditions

de solidité d'assemblage.

Les branches des noyaux dans la pratique ac-

tuelle des bobines deréactance en dérivation non satu-

rables sont réalisées en alternant les "disques" avec des cales de céramique pour obtenir l'entrefer voulu

et former une structure intégrée Un exemple d'une bran-

che d'une telle bobine de réactance consiste en 457 mm de "disques" de fer alternés avec 457 mm d'entrefers (disques de céramique) Mais cette disposition produit de fortes pertes en raison du flux de fuite qui rencontre

le fer des bandes de tôle sous un angle à peu près per-

pendiculaire au plan de ces bandes De plus, en raison des forces B S aux entrefers, des vibrations de forte amplitude produisent de forts niveaux de bruit De plus, cette structure est difficile à réaliser et à assembler en raison du grand nombre des bandes qui doivent être

empilées bout à oout dans la conception en disques.

De plus, étant donné que cette réalisation antérieure utilise des pièces encastrées de céramique comme cales pour les entrefers, ce La tend à produire une structure affaiblie. Un autre exemple de bobines de réactance en dérivation courante est la bobine à air Cette bobine de réactance offre l'avantage de présenter une inductance parfaitement constante et par conséquent, une dérivée

constante de la tension par rapport au courant, c'est-

à-dire de/di constante Mais un inconvénient im-

portant de cette réalisation est la faible perméabilité de la bobine, cette perméabilité étant égale à celle de

l'air, c'est-à-dire un gauss par oersted, ou l'unité.

Cela veut dire que pour une inductance donnée, cette réalisation impose des dimensions deux ou trois fois

supérieures à celles d'une bobine de réactance à fer -

air De plus, en raison de la faible perméance du cir-

cuit, les pertes par courants de Foucault, particulière-

ment dans les enroulements, sont excessivement élevées

comparativement aux réalisations à fer/air.

Dans le cadre du concept de l'invention, un noyau magnétique feuilleté peut être constitué par des

culasses supérieure et inférieure espacées, des bran-

ches disposées entre les culasses, chaque culasse et chaque branche du noyau étant constituéepar des tôles

empilées en un matériau magnétique, chaque branche com-

portant des ouvertures et plusieurs fentes superficielles allongées entre des ouvertures voisines pour réduire les

courants de Foucault.

Sous sa forme la plus large, un noyau selon l'invention comporte: a) des culasses supérieure et

inférieure espacées; b) des branches de noyau dispo-

sées entre les culasses et les reliant magnétiquement;

c) chaque culasse et chaque branche du noyau étant con-

stituée par des tôles empilées d'un matériau magnétique; d) chaque branche du noyau comporte un axe longitudinal, des faces sur champ opposées et des faces latérales

ajourées opposées entre les culasses supérieure et in-

férieure; e) les faces latéra Les ajourées comportent des ouvertures consistant en des ouvertures en forme de fentes et des encoches sur champ avec des profondeurs

dirigées parallèlement aux faces sur champ et perpendi-

culairement à l'axe longitudinal des branches; f) les en-

coches et ouvertures sont espacées suivant la longueur de chaque branche du noyau; et g) les ouvertures et les encoches traversent les t 8 les des branches du noyau et pénètrent les parois latérales ajourées, de manière que

la saturation magnétique soit retardée et que des ca-

ractéristiques linéaires à magnétisation soient-

obtenues dans toute la plage de fonctionnement du no-

yau magnétique.

La disposition selon l'invention met en oeuvre un nouveau concept de réalisation qui s'applique à des noyaux magnétiques pour des sections de branches à haute réluctance de bobines de réactance en dérivation à haute tension ou pour d'autres organes électromagnétiques qui

nécessitent des caractéristiques linéaires de magnétisa-

tion Dans leur ensemble, les différents modes de réa-

lisation de l'invention apportent dans des bobines de réactance en dérivation (et autres organes similaires) les avantages de ( 1) une intégrité structurale améliorée, ( 2) de moindres vibrations et bruits, ( 3) de faibles

pertes et ( 4) un poids et un profil plus réduits.

D'autres caractéristique et avantages de l'in-

vention apparattront au cours de la description qui va

suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se ré-

férant aux dessins annexéssur lesquels s La Fig 1 est une vue en perspective d'un noyau magnétique montrant les branches feuilletées selon un mode de réalisation de l'invention, la Fig 2 est une vue partielle en élévation de la structure feuilletée de la Fig 1, la Fig 3 est une vue partielle en élévation

de la réalisation d'une branche d'un autre mode de réa-

lisation, la Fig 4 est une vue partielle en élévation

d'une structure feuilletée d'un autre mode de réalisa-

tion,

la Fig 5 est une courbe caractétistique d'in-

duction force magnétisante d'une branche de noyau mag-

nétique de la structure antérieure de la Fig 6, la Fig 6 est une vue partielle en élévation de la structure feuilletée d'une réalisation antérieure,

la Fig 7 est une courbe d'une matière ferro-

magnétique courante non linéaire, La Fig R représente une courbe d'hystérésis pour des noyaux encochés et ajourés sans encoche,

la Fig 9 est une vue partielle d'Lun noyau ajou-

ré avec des intercalaires micro-feuilletés, ) la Fig 10 représente la courbe d'hystérésis pour les modes de réalisation de la Fig 9, la Fig 11 est une vue en élévation d'un noyau ajouré d'un autre mode de réalisation, la Fig 12 est une vue en perspective d'un noyau en grille comprenant les tbles de la Fig 10, et la Fig 13 représente une boucle d'hystérésis d'un noyau à grille feuilletée be noyau magnétique désigné globalement par 5 sur la Fig 1 comporte une culasse supérieure 7, une culasse inférieure 9 et deux branches espacées 11 et 13 disposées entre les culasses Les deux culasses 7, 9 et es deux branches 11, 13 sont faites de t 8 les 15 d'un

matériau magnétique, par exemple en alliage ferro-

magnétique qui peut être de l'acier électrique au fer-

silicium Chaque branche 11, 13 comporte deux faces sur

champ parallèles 17, 19 Chaque branche comporte égale-

ment des faces latérales ajourées 21, 23 parallèles et opposées. Les branches 11, 1 j comportent des ouvertures

constituées par des ouvertures allongées 25 et des en-

coches sur champ 27 Les encoches 27 (Fig 1) s'étendent entre les faces latérales ajourées 21, 23, le long des faces sur champ 17, 19 Comme le montre la Fig 2, des cloisons 24 sont disposées transversalement entre des 3 joues verticales 26, 2 R qui forment les extrémités de la paroi latérale 21 I es encoches 27 sont disposées

dans les joues 2 b, 2 Q entre des ouvertures 25 consécu-

tives et sont alignées avec les cloisons 24 Les ouver-

tures 2 j sont de préférence des ouvertures rectangulai-

3 j res allongées qui, de m 9 me que les encoches 27, s'éten-

dent à travers les t 8 les ID entre les faces latérales

ajourées 21, 23.

Les ouvertures 25 sont espacées verticalement et sont perpendiculaires aux axes longitudinaux des branches Les extrémités opposées correspondantes des ouvertures 25 sont de préférence alignées et dans un plan espacé à L'intérieur des faces sur champ 17, 19

voisines, et leur étant parallèles.

La Fig 3 illustre un autre mode de réalisation de l'invention sur lequel des mêmes références désignent des éléments similaires à ceux déjà décrits en regard de la Fig 1 Les ouvertures (Fig 3) comprennent les ouvertures 25 et les encoches 27 dans les faces sur champ 17 et 19 Les ouvertures comprennent également des fentes 29 allongées et espacées dans les cloisons horizontales 24 entre des ouvertures espacées 26 Les fentes 29 sont de préférence en alignement et entre les encoches sur champ 27 De plus, les axes longitudinaux des fentes 29 sont parallèles aux axes longitudinaux

des ouvertures 25 voisines, et sont disposaéa perpendi-

culairement à l'axe vertical de la branche 21.

Dans ce mode de réalisation, les fentes 29 oûnt pour but d'éliminer ou dé réduire au minimum les effets des courants de Foucault qui pourraient appara tre le long des bords opposés des branches 21, 23, o les fentes sont prévues Les fentes allongées 29 servent également

à réduire au minimum ou à éliminer les courants de Fou-

cault dans les parois latérales ajourées 21, entre les

ouvertures 25 La Fig 5 représente un autre mode de réa-

lisation de l'invention En plus des fentes 29, ce mode de réalisation comporte des fentes 30 dans les cloisons 24 Les fentes 30 sont disposées en rangées, au-dessus et au-dessous des fentes 29 et recouvrent alternativement les fentes 29 derangées voisines, de sorte que le flux dans le plan des tôles doit croiser les entrefers de ces fentes. Dans Les modes de réalisation ci-dessus, les dimensions des ouvertures comprenant des ouvertures 25, les encoche sur champ 27 et les fentes 29, 30 sont réglées de manière à augmenter la perméabilité tout en

donnant des caractéristiques linéaires.

Dans un autre mode de réalisation de l'inven-

tion, les ouvertures, telles que les ouvertures 25, sont remplies avec des intercalaires micro-feuilletés, comme ceux représentés par la pièce 31 (Fig 1) D'autres pièces de dimensions appropriées peuvent être introduites

dans les encoches sur champ 27 et dans les fentes 29, 30.

La Fig 6 illustre un exemple d'une branche de noyau antérieure Cette branche de noyau est réalisée d'une manière intégrée en poinçonnant les ouvertures dans des tôles de bandes d'acier et en empilant plusieurs t 8 les en un noyaupuis en les fixant ensemble avec un adhésif, des pinces, des soudures, ou tout autre moyen approprié Dans cette structure, les tôles sont découpées

de manière que le flux circule dans une direction paral-

lèle au plan des tôles et à la direction de laminage, mais perpendiculaire aux entrefers Lorsqu'un noyau de la structure ajourée de la Fig 6 est placé entre des fulasses de haute perméabilité pour fermer des trajets du flux dans le circuit magnétique, les sections ajourées

du noyau sont facilement magnétisées et passent à satura-

tion pour un champ magnétisant d'environ 100 oersteds.

Ensuite, à des champs au-dessus de 100 oersteds dans les sections ajourées, la courbe de magnétisation présente des caractéristiques extrêmement linéaires jusqu'à ce que le matériau dans la section des cloisons du noyau commence à se saturer La partie linéaire de la courbe se situe de Br à Bm sur la boucle dlhystérésis de la Fig. L'étendue de la plage linéaire pour de l'acier au silicium à 3 a, à grains orientés, est de l'ordre de

kilogauss.

En plaçant une polarisation continue sur un noyau de la structure antérieure, comme le montre la Fig. , le noyau fonctionne comme une inductance linéaire dans la plage d'environ + I Js/2 (ou + 10 kilogauss pour le fer/silicium à 3 %) A titre de comparaison, la Fig 7 montre une boucle d'hystérésis d'un noyau ferromagnétique linéaire Sur la courbe de la Fig 5, la valeur finie de B est déterminée par la largeur de la section de r joue du noyau, par rapport à la largeur totale de la

partie feuilletée ou du noyau, comme l'indique le ta-

bleau I ci-après.

Tableau 1

Largeur Largeur de Joue B de la partie la joue totale r g feuilletée (une face) (%) 50 mm 3,2 mm 12,5 2500 mm 6,5 mm 25,0 5200 mm; ' 10 mm 37,5 8000 En général, l'induction résiduelle 13 est égale au pourcentage de largeur de joue (sous forme décimale)

multipliée par la valeur de saturation B de la matière.

s La pente (ou perméabilité différentielle) de la partie linéaire de la courbe, d B/d H, est fonction des longueurs d'entrefer et de cloison comme l'indique le tableau 2:

Tableau 2

Pente (ou perméabilité %._entrefer % cloison différentielle yd) (d.B/d H)

3 É 64 3,0

46 54 2,3

56 44 1,8

De plus grandes valeurs de yd peuvent être ob-

tenues en utilisant de plus petits entrefers; mais lors-

que les entrefers deviennent de plus en plus petits, la

courbe commence à présenter des caractéristiques de non-

linéarité. Les ttles pour le noyau ajouré sont découpées de préférence dans la même matière que celle utilisée dans la section de culasse du noyau SJ il y a lieu, le

noyau ajouré peut utiliser une structure cruciforme cou-

rante comme dans les transformateurs de puissance.

La disposition et les caractéristiques de fonc-

tionnement du noyau ajouré selon les Fig 5 et 6 peuvent ne pas toujours être souhaitables pour des noyaux de

bobine de réactance En général, les bobines de réac-

tance en dérivation doivent avoir des caractéristiques linéaires de magnétisation (ou des caractéristiques linéaires de tension E en fonction du courant I) dans j toute la plage de la boucle d'hystérésis La Figure 4 illustre un procédé préféré selon l'invention pour obtenir des caractéristiques entièrement linéaires, selon lequel les encoches 27 s'étendent dans la section ajourée du noyau Plus particulièrement, ces encoches s'étendent horizontalement dans la section de cloison déjà décrite du noyau et forment des entrefers en série dans la section

de joue de ce noyau; par conséquent, cela élimine la va-

Leur finie de l'induction résiduelle B r et fait passer par

l'origine la boucle d'hystérésis comme le montre la Fig 8.

Cette figure 8 montre des caractéristiques comparatives entre un noyau encoché et le même noyau sans encoches; les encoches réduisent à zéro l'induction résiduelle, en provoquant un décalage presque parallèle de la courbe de

B en fonction de H Ce changement de caractéristiques per-

23 met d'utiliser le noyau ajouré modifié (Fig 4) dans des noyaux de bobine de réactance en dérivation; tandis que

dans la structure de noyau ajouré, une polarisation conti-

nue était nécessaire pour utiliser les caractéristiques

linéaires de magnétisation Des perméabilités différentiel-

les de trois ou au-dessus peuvent être obtenues; par con-

séquent, cette disposition peut être utilisée avec grand avantage pour réduire le poids et le volume des noyaux

de bobine de réactance en dérivation.

l'a Fig 9 illustre une autre modification d'un

noyau ajouré qui comporte de petites fentes 29, 30 rec-

tangulaires, orientées horizontalement, dans la cloison 24 La fonction de ces fentes 29, 30 est de réduire les pertes par courantsde Foucault résultant du flux de fuite en isolant les circuits de ces courants Les fentes 29,

3, 30 nécessitent une réduction de compensation dans la di-

mension des entrefers principaux La caractéristique de magnétisation de ce noyau est identique à celle de la courbe de la Fig R; mais les pertes dans le noyau sont considérablement réduites en raison de la réduction des courants de Foucault dans le plan des cloisons Les Fig.

1, 9 représentent un mode de réalisation d' un noyau ajou-

ré dans lequel de minces particules rectangulaires

d'acier, constituées par des intercalaires micro-feuil-

letés 31, comprimés, recuits, isolés et collés, sont in-

troduits dans les entrefers principaux du noyau ajouré.

Ces intercalaires compacts peuvent être moulés de ma-

nière à contrôler la perméaoilité et maintenir la linéari-

té dans ces intercalaires eux-mtmes L'introduction de ces intercalaires micro-feuilletés dans les entrefers

principaux du noyau ajouré augmente: efficacement la ré-

luctance magnétique da noyau tout en maintenant simu Lta-

nément la linéarité voulue Ce résultat est obtenu en réglant la perméabilité des intercalaires pour qu'elle soit légèrement supérieure à celle de l'air ou de

l'espace libre, mais en les tassant à une densité suffi-

sante pour maintenir le flux dans les branches du noyau

sanssaturation Ce mode de réalisation présente les.

avantages combinés de réduire au minimum ou d'éliminer le flux de fuite dans les entrefers tout en augmentant

l'inductance du noyau La Figure 10 montre l'améliora-

tion de la caractéristique B-H avec ce mode de réalisa-

tion La perméabilité est améliorée tandis que les carac-

téristiques linéaires de i en fonction de H sont encore

maintenues Des perméabilités dépassant = 3 sont pos-

sibles. Il est reconnu que des noyaux linéaires de haute

réluctance peuvent être réalisés en utilisant des micro-

intercalaires seuls comme le décriventles Brevets des Etats Unis d'Amérique NO 3 84 R 331, 3 94 P o 90; 4 15 R 561,

4 5 159 i R O; 41 JR 50 RO, 4 15 R 5 R 1 et 4 158 582 Ces inter-

calaires micro-feuilletés sont des particules d'acier

traitées qui conviennent pour être tassées en des compri-

més magnétisables en courant continu ou alternatif Les particules sont découpées par différents procédés en de petits paralltlipipèdes rectangulaires de forme allongée qui peuvent être recuits et isolés s'il y a lieu Par exemple, leurs dimensions sont de l'ordre de 2 x 0,5 x 0,05 mm Des noyaux comprimés à partir de ces éléments micro-feuilletés s'e sont avérés présenter une large plage de propriétés magnétiques en fonction de la compression,

de L'orientation des particules, de la géométrie des par-

ticules, de l'agent de liaison, de Ilisolement et des con-

traintes résiduelles Ces éléments micro-feuilletés for-

ment un entrefer distribué pour réduire au minimum le

flux de fuite et les bruits, tout en offrant simultané-

ment les caractéristiques d'induction voulues La tÈle

en grille représentée sur la Fig 11 consiste en une min-

ce t 8 le 35 d'un matériau ferromagnétique, comportant des

entrefers 37, 39 uniformément distribués, qui sont p Qin-

çonnés mécaniquement ou gravés chimiquement sous la forme d'une grille continue Les t 8 les en grilles peuvent etre

assemblées en des sections de noyaux 41 (Fig 12) en ali-

gnant les fentes et les grilles, en les empilant de la manière habituelle et en les assemblant par collage à la résine, soudage, ou en utilisant toute autre technique acceptable de constitution de noyau La réalisation du

noyau de bobine de réactance en dérivation peut être ter-

minée en introduisant un (ou deux) noyaux en grilles entre deux culasses feuilletées à faible perte, servant

de circuits de retour de flux Le noyau de bobine de réac-

tance en dérivation terminé se caractérise par une haute

réluctance et une caractéristique linéaire de B en fonc-

tion de H, ou de E en fonction de I afin d'obtenir des

courants réactifs sinusoldaux sans harmoniques Les en-

trefers 37, 39 et les grilles feuilletées sont contrôlées quant à leurs dimensions et leur géométrie pour obtenir les caractéristiques magnétiques voulues Par exemple, une section de 44 x_ 25 x 0,1 mm d'une grille feuilletée (Fig 11) comporte 40 X d' entrefer L'effet d'action mutuelle de la dimension d'entrefer, de la dimension de grille et de la perméabilité apparatt sur le tableau 3 ci-après conjointement avec les dimensions indiquées par des lettres sur la Figure 11: 2,2 2,5 2,9 3, 5

Tableau _ 3

Quatre types dé grilles feuilletées découpées chimiquement

dans de l'acier électrique à grains orientés de 0,1 mm.

J Permea NO de ____ Dimensionsmm d'entre bilité grille A I fer t à 13 kcg____ 1 i DI IF G ____ _ q,2 44 6,25

24, 37

24,43

6, 454 4, 4

24,95

414,45

1,25 1,37 1,50 1,62 1,87 1,93 2,00 2,o 6 0, 62 0,56 0,f 50 0, 43 0, 62 0, 68 0,75 0,81 e' 1,25 1,12 1,60 0,87 1,56 1,56 1,56 1,56 3,12 3, 12 3,12 3, 12 0,31 0,40 0,50 0,59 r 4 > %A 4.5 4 o Une matrice comprenant 50 % d'entrefer et 50 % de grille donne à 13 k G une perméabilité de 2,2 tandis qu' avec 35 % d'entrefer et 65 % de grille, la perméabilité

est 3,5 Mais cette dernière (? = 3,5) offre une linéari-

té moins bonne que la première Le meilleur compromis

entre la perméabilité et la linéarité est obtenu à 40 -

% d'entrefer et 60 55 % de grille Un exemple d'une telle courbe est représenté- sur la Fig 13 Dans ce cas, la perméabilité est y = 3,0 à 13 k G.

Dans le mode de réalisation en grilles feuil-

letées, cette grille feuilletée a l'intégrité d'une feuil-

le continue, bien qu'elle contienne les entrefers voulus en série avec le flux Ce résultat est obtenu en partie par la position stratégique des fentes en diagonale 43, 13 45 (Fig 11) qui sont nécessaires dans la matrice pour éviter le passage d'un flux continu dans la grille Les

dimensions des fentes d'air diagonales 43, 45 sont nette-

ment inférieures à celles des entrefers principaux 37, 39 dans la matrice La longueur d'entrefer des fentes en diagonalu 43, 45 (Fig 11) est fonction de l'angle O

formé par le vecteur du champ appliqué Ha et sa compo-

sante cosinus (Hd = H cos 0), qui tend à produire un flux dans la direction diagonale Dane l'exemple de la

Fig 11, l'angle O est égal à 75 et son cosinus à 0,26.

Ainsi, les entrefers en diagonale doivent être 0,2 b fois

les entrefers principaux dans la matrice.

Selon la Fig 11, qui représente 40 % d'entrefer et 60 % de grille, la longueur d'entrefer principal est dix fois la dimension "A" ou 10 mm par 25 mm de longueur

de noyau Par conséquent, l'entrefer effectif en diago-

nale est 0,26 x 10 = 2,6 mm pour 25 mm de longueur de

noyau La longueur d'entrefer de chaque fente en diago-

nale de la,natrice est donc 2,6 mm, divisé par le nombre

de fentes par colonne Ainsi, pour une colonne qui con-

tient cinq fentes en diagonale, la longueur d'entrefer en diagonale est 2, 6/5 = 0,5 mm Pour une colonne de dix fentes en diagonale, la longueur d'entrefer est 2,6/10 = 0,26 mm Ce procédé de réalisation permet d'obtenir une réluctance magnétique égale sur toute la largeur

de la grille feuilletée.

Dans ce mode de réalisation en grilles feuil-

* j letées, les pertes par courantsde Foucault sont con-

tr 1 lées par la géométrie et les dimensions des grilles.

Ces pertes dépendent principalement des dimensions "B"

et "G" dans la matrice, c'est-à-direqueplus ces dimen-

sions "B" et "G" sont importantes, plus sont grandes

les pertes par courant de Foucault de fuite En parti-

culier, les dimensions de la grille des Fig 11 et 12 ont été calculées pour obtenir de faibles pertes selon la formule: Pe/kg = 0,129 x a 2 b 2/a 2 +b 2 x B 2 f 2/pxd o a = dimension "B" (cm) b = dimension "G" (cm) B = composante normale d'induction de fuite (kilogauss) f = fréquence (Hz) p = réslstivit 4 électrique (pl/cm)

d = densité (g/cm 3).

Ainsi, les pertes parr;fuite dans le noyau pour la réalisation représentée sur la Figure 11 sont: P kg = 0,0128 x B pour l'acier au silicium à 3 % et e 2

P/kg = 0,051 x B pour l'acier à faible teneur en car-

bone, en supposant f = 60, P = 48 et 12, d = 7,65 et 7,85 pour respectivement le fer-silicium à 3 %et l'acier à faible teneur en carbone En fonction de cela, et avec une induction de fuite supposée de B = 2 kilogauss, la perte par courant de Foucault de fuite, Pe/kg est 0,051 Watts/kg pour le fer-silicium à 3 % et 0,203 Watts/Kg pour l'acier à faible teneur en carbone Par conséquent, en vue de oes faibles pertes, les dimensions des grilles

ne sont pas limitées aux dimensions de la figure 11.

A titre d'exemple, il est possible en pratique sur la

3 j base de conditions économiques et de rigidité de struc-

ture de doubler les dimensions des grilles, auquel cas Pe/kg = 0,203 Watts/kg pour le fer-silicium à 3 % et P /kg = 0,79 Watts/ig pour l'acier à faible teneur en carbone, avec une induction de fuite supposée de B =

2 kilogauss.

Dans la représentation de la figure 11, il faut noter que la "grille feuilletée" est réalisée de

manière que le flux circule dans une direction d'orien-

tation préférée Dans les aciers au silicium à 3 %, à grains orientés, d'orientation ( 011) et 10 oo >, la

direction de plus faible perte dans le noyau est la di-

rection de laminage comme le montre la figure 11 Un exemple de perte dans le noyau pour différentes matières et épaisseurs est donné dans le tableau 4 ci-après:

Tableau 4

Les noyaux en grilles feuilletées peuvent être réalisés à partir d'un certain nombre de matériaux ferro-

magnétiques, sous différentes épaisseurs Mais le matériau préféré est de l'acier au silicium à 3 % à grains orientés, de texture ( 0,11)< 100 > la grille étant réalisée de manière que le flux circule dans la direction < 100 > L'épaisseur

préférable est comprise entre 0,1 et 0,15 mm pour des rai-

sons de faible perte dans le noyau, comme indiqué, et pour

la facilité et la précision du découpage chimique; en va-

riante, comme cela a déjà été indiqué, les t 8 Les de la

grille (Figure 11) telles qu'elles ont été décrites pré-

cédemment peuvent être découpéesdans de minces t 8 les ou bandes ferromagnétiques par des techniques mécaniques Si 3 i elles sont découpées par des procédés mécaniques, les grilles feuilletées doivent être ébavurées et recuites Matière Epaisseur Perte noyau à (mm) 13 k G, 60 Hz, _ _ Watts/kg Acier à faible teneur O,Oj mm 1,98 en carbone (Ai Sl 1010) 0,10 mm 2,43 Grains orientés 3 % 0,05 mm 1,06 Acier silicium orienté 0,10 mm 0,98 0,15 mm 0,88 0,275 mm 0,79

,,, À,

(pour i' élimination des contraintes) avant deles em-

piler pour réduire au minimum les pertes dans le noyau.

Si les grilles sontdccoupées chimiquement, aucun recuit ni ébavurage n'est nécessaire car ce procédé produit un découpage exempt de contrainte et sans bavure Un isole- ment entre les tbles est normalement nécessaire dans les grilles feuilletées pour réduire au minimum les pertes

entre tbles.

Le noyau en grilles feuilletées de la Fig 12

a été réalisé en empilant des tbles en grille non revê-

tue dans un moule, de manière que la grille et les entre-

fers de toutes les tbles soient parfaitement alignées; La pile libre à ensuite été saturée d'une mince résine d'époxyde comprimée à 35 x 106 Pa, en un noyau rigide, et durcie à la température ambiante pendant l'application de la charge Il en est résulté un noyau dense avec un

facteur de volume de t 8 le de 95 % La mince résine d'époxy-

de remplit trois fonctions: ( 1) un agent d'isolement

entre les tbles, ( 2) un agent d'assemblage pour la rigi-

dité du noyau, et ( 3) un agent d'amortissement des sons.

Le noyau en grille de bobine de réactance en

dérivation (Figure 12) offre un avantage sur la concep-

tion classique en disques en ce que le facteur de remplis-

sage en section est 95 %, comparativement à environ 80 % du noyau courant Cela veut dire que le noyau en grilles peut conduire 18 % de flux en plus ce qui, combiné avec de plus hautes perméabilités possibles d'obtenir, y = 3 au lieu de y = 2, permet d'atteindre une densité de flux de fonctionnement plus élevée Cela à son tour permet de

réduire les dimensions du noyau avec la réduction qui cor-

respond des dimensions des enroulements sur le noyau.

Il en résulte une bobine de réactance globalement plus

petite par ses dimensions et son poids.

Le noyau en grilles feuilletées est également 3 j avantageux par rapport à la technique antérieure en ce qu'il contient un grand nombre d'entrefers distribués, environ 160 entrefers par 100 mm au lieu de 4 entrefers par 100 mm Cela veut dire que les forces B 2 S dans les entrefers sont distribuées dans tout le noyau ce dont il résulte de faibles vibrations et de faibles niveaux

de bruit.

Les entrefers distribués réduisent également au minimum les fuites de flux à partir du noyau vers les enroulements environnants, ce qui réduit les pertes réparties dans les enroulements ainsi que les pertes par fuites dans le noyau lui-même De plus, le flux qui ne quitte pas le noyau n'a que des effets réduits au minimum car les courants de Foucault sont relativement

isolés par la distribution en grilles.

En conclusion, un noyau réalisé selon ltinven-

tion permet d'obtenir une linéarité de B en fonction de

H, donnant la stabilité de tension et de puissance néces-

saire pour des bobines de réactance en dérivation, avec

des avantages supplémentaires d'une intégrité de struc-

ture, d'une plus haute perméabilité avec de plus petites dimensions du noyau, un meilleur facteur d'empilage et

une plus forte induction.

REVEY DICATIONS

1 Noyau magnétique feuilleté, caractérisé en ce qu'il comporte des culasses supérieure et inférieure

( 7, 9) espacées, des branches de noyau ( 11, 13) dispo-

sées entre les culasses et les reliant magnétiquement,

chaque culasse et chaque branche de noyau étant consti-

tuée par des tôles ( 15) empilées d'un matériau magnéti-

que, chaque branche de noyau ( 11, 13) ayant un axe longi-

tudinal et comprenant des faces sur champ( 17, 19) opposées et des faces latérales ajourées( 21, 23)opposées entre

les culasses supérieure et inférieure, les faces laté-

rales ajourées comportant plusieurs ouvertures comprenant des ouvertures( 25)en forme de fente et des encoches sur champ( 27) dont les profondeurs s'étendent parallèlement auxdites faces sur champ, et perpendiculairement à l'axe longitudinal des branches du noyau, les encoches ( 27)et les ouvertures ( 25) étant espacées suivant la longueur de chaque branche de noyau et les ouvertures et encoches traversant les tôles des branches de noyau et pénétrant les faces latérales ajourées de manière que la saturation

magnétique soit retardée et que des caractéristiques li-

néaires de magnétisation soient obtenues dans toute la

plage de fonctionnement du noyau magnétique.

2 Noyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures ( 25) et les encoches ( 27) sont relativement décalées suivant la longueur de chaque

branche de noyau ( 11,13).

3 N Toyau selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ouvertures ( 25) en forme de fente unt des

extrémités opposées alignées.

4 Nfoyau selon la revendication 3, caractérisé en ce que les encoches ( 27) s'étendent partiellement et

se chevauchent entre des paires voisines d'ouverture ( 25).

Noyau selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'ils comportent plusieurs fentes ( 29) allongées et espacées dans les parties de faces latérales ajourées entre chaque paire voisine d'ouvertures ( 25) pour éviter

les courants de Foucault dans les t 8 les.

6 Noyau selon la revendication 5, caracté-

risé en ce que certaines au moins des fentes ( 29) allon-

gées et espacées sont pratiquement alignées avec les en-

j coches correspondantes ( 27).

7 Noyau selon la revendication b, caracté-

risé en ce que certaines au moins des ouvertures en forme

de fentes sont remplies avec des intercalaires micro-

feuilletés ( 31) pour augmenter la perméabilité magnéti-

que. P Noyau selon la revendication 2, caractérisé

en ce que les ouvertures ( 37, 39) sont disposées en ran-

gées parallèles suivant la longueur de la branche de no-

yau, les ouvertures de certaines rangées étant reliées

aux ouvertures-de rangées voisines.

9 Noyau selon la revendication 8, caractérisé en ce que les ouvertures ( 37, 39) représentent environ

% à environ 50 % de la surface des tôles.

Noyau selon la revendication 9, caractéri-

Dé en ce que les ouvertures ( 37, 39) représentent environ

% de la surface des t 8 les.

11 Noyau selon la revendication 9, caractérisé en ce que les ouvertures ( 37, 39) représentent environ 40 % à 45 % de la surface des tôles des branches pour obtenir une caractéristique optimale de perméabilité en fonction

de la linéarité.

12 Noyau selon la revendication ô, caractérisé

en ce que les tôles ( 15) des branches de noyau sont col-

lées par une résine d'époxyde durcie quand les tôles sont

maintenues sous pression.

13 Noyau selon la revendication 9, caractérisé

en ce que les tôles (î 5) du noyau sont collées par imprég-

nation de résine d'époxyde qui est ensuite durcie.