FR2532143A3 - MULTI-LAYER INDUCTION CYLINDRICAL COIL CONSISTED OF PARTIAL COILS, AND METHOD OF MANUFACTURING THE REEL - Google Patents
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Abstract
BOBINE CYLINDRIQUE D'INDUCTION A PLUSIEURS COUCHES CONSTITUEE PAR DES BOBINES PARTIELLES, ET PROCEDE DE FABRICATION DE CETTE BOBINE. POUR OBTENIR UNE BOBINE CYLINDRIQUE D'INDUCTION A PLUSIEURS COUCHES COMPACTE ET DE REPARATION FACILE, CETTE BOBINE COMPREND PLUSIEURS BOBINES PARTIELLES FORMEES PAR DES SEGMENTS2 PRESENTANT DEUX SPIRALES3, 4 A PLUSIEURS COUCHES ET ENROULEES DANS DES SENS OPPOSES. CES SPIRALES3, 4 SONT RELIEES PAR UN ORGANE DE TRANSITION5 SORTANT DU PLAN DES DEUX SPIRALES. PLUSIEURS SEGMENTS2 PEUVENT ETRE JUXTAPOSES SUR UN TUBE10 D'ISOLATION THERMIQUE. CHAQUE SEGMENT3 FORME UN CIRCUIT INDIVIDUEL DE REFROIDISSEMENT.MULTI-LAYER CYLINDRICAL INDUCTION COIL CONSTITUTED BY PARTIAL COILS, AND METHOD FOR MANUFACTURING THIS COIL. TO OBTAIN A COMPACT, EASY REPAIR, MULTI-LAYER INDUCTION CYLINDRICAL COIL, THIS COIL INCLUDES SEVERAL PARTIAL COILS SHAPED BY SEGMENTS2 WITH TWO SPIRALS3, 4 HAS SEVERAL LAYERS, AND WOUND IN OPPOSITE DIRECTIONS. THESE SPIRALS3, 4 ARE CONNECTED BY A TRANSITION ORGAN5 COMING OUT OF THE PLAN OF THE TWO SPIRALS. SEVERAL SEGMENTS2 CAN BE JUXTAPOSED ON A THERMAL INSULATION TUBE10. EACH SEGMENT3 FORM AN INDIVIDUAL COOLING CIRCUIT.
Description
BOBINE CYLINDRIQUE D'INDUCTION A PLUSIEURS COUCHES CONSTITUEECYLINDRICAL COIL OF INDUCTION WITH SEVERAL LAYERS CONSTITUTED
PAR DES BOBINES PARTIELLES, ET PROCEDE DE FABRICATION DE CETTE BY PARTIAL COILS, AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
BOBINE.COIL.
La présente invention se rapporte à une bobine cylin- The present invention relates to a cylindrical coil
drique d'induction à plusieurs spires ou couches, destinée au chauffage ou à la fusion d'une substance métallique placée induction coil with several turns or layers, for heating or melting a metallic substance placed
dans son espace interne.in its internal space.
Une telle bobine d'induction est connue, par exemple, d'après le rapport N O 4 de la Division I Ia du VIIIème Congrès de l'Union Internationale d'Electrothermie, intitulé " Theory of Multi-Layered Windings for Induction Heating and their Application to a 1 MW, 50 Hz, Longitudinal Flux Billet Heater" et rédigé par I G Harvey Il est exposé dans ce rapport que Such an induction coil is known, for example, from the NO 4 report of Division I Ia of the VIIIth Congress of the International Union of Electrothermy, entitled "Theory of Multi-Layered Windings for Induction Heating and their Application". to a 1 MW, 50 Hz, Longitudinal Flux Billet Heater "and written by IG Harvey It is stated in this report that
des bobines d'induction à plusieurs couches permettent d'obte- multi-layer induction coils make it possible to obtain
nir un degré d'efficacité amélioré par rapport à des bobines improve efficiency compared to coils
d'induction à une seule couche Dans ce document de la litté- single-layer induction In this document from the literature
rature spécialisée, il n'est pas précisé la manière dont la bobine est spécifiquement enroulée Lorsque la bobine est specialized structure, it is not specified how the coil is specifically wound when the coil is
enroulée par couches, il en résulte, en présence de conduc- layered, it results, in the presence of
teurs de bobines de grande section tels que ceux devant être large section coils such as those to be
utilisés dans des bobines d'induction de ce genre des pro- used in induction coils of this kind
blèmes ayant trait à la réalisation des zones de transition problems relating to the realization of transition zones
entre les couches individuelles, étant donné que les conduc- between the individual layers, since the conductors
teurs des bobines doivent être fortement coudés dans ces coils should be strongly bent in these
zones Ces problèmes revêtent une gravité particulière lors- These problems are particularly serious when
qu'on utilise des conducteurs de bobines à l'intérieur de that we use coil conductors inside
chacun desquels se trouve un canal de refroidissement. each of which is a cooling channel.
Lorsqu'on utilise des conducteurs à refroidissement interne et qu'on enroule la bobine par couches, auquel cas sont seulement prévus un raccord d'admission et un raccord de sortie du fluide de refroidissement, on se heurte aussi dans certaines circonstances à des difficultés techniques de refroidissement, étant donné que la température du fluide de refroidissement varie très fortement lorsque ce fluide parcourt le conducteur, et que différentes zones de la bobine When using internally cooled conductors and winding up the coil in layers, in which case only one inlet connection and one coolant outlet connection are provided, technical difficulties are also encountered in certain circumstances. as the temperature of the coolant varies greatly as this fluid flows through the conductor, and different areas of the coil
sont refroidies plus ou moins fortement. are cooled more or less strongly.
Dans les bobines d'induction connues, on rencontre un autre problème lorsqu'il convient d'effectuer des réparations In known induction coils, there is another problem when it is necessary to carry out repairs
dans l'agencement des bobines, par exemple lorsque des'conduc- in the arrangement of the coils, for example when conductive
teurs de bobines refroidis de l'intérieur accusent des défauts d'étanchéité Lorsque que tel est le cas, dans l'agencement Internally cooled coil coils exhibit leakage faults. When this is the case, in the arrangement
connu, il faut enlever complètement la bobine du tube d'iso- known, it is necessary to completely remove the coil from the insulation tube.
lation thermique utilisé habituellement et, éventuellement, usually used thermal insulation and possibly
remplacer intégralement cette bobine. completely replace this coil.
L'invention a pour objet de proposer une bobine d'induction du type précité, qui permette un enroulement compact et soit facile à réparer, même lorsqu'on utilise des The object of the invention is to propose an induction coil of the aforementioned type, which allows a compact winding and is easy to repair, even when using
conducteurs de section relativement forte L'invention pro- relatively strong section conductors
pose en outre un procédé grâce auquel la bobine d'induction also poses a method by which the induction coil
peut être fabriquée sans grande complexité. can be manufactured without great complexity.
Dans une bobine cylindrique d'induction à plusieurs couches du type susmentionné, cet objet est atteint par le fait que ladite bobine comprend plusieurs bobines partielles réalisées sous la forme de segments de bobine présentant deux spirales de bobine à plusieurs spires ou couches; et In a multi-layer induction coil of the aforementioned type, this object is achieved by the fact that said coil comprises a plurality of partial coils formed as coil segments having two coil coils with multiple turns or layers; and
par le fait que les deux spirales d'un segment sont enrou- in that the two spirals of a segment are wound
lées dans des sens opposés, les spires ou couches d'enroule- in opposite directions, the turns or layers of
ment internes de ces deux spirales étant reliées par un internally these two spirals being connected by a
organe de transition déporté à l'oblique hors du plan desdi- transition organ moved obliquely out of the desider-
tes spirales.your spirals.
Dans ces conditions, les segments de bobine formés par les deux spirales constit Lrent des ensembles respectifs Under these conditions, the coil segments formed by the two spirals constit Lrent respective sets
compacts dans lesquels le conducteur de la bobine ne compor- compacts in which the coil conductor does not
te aucun coude accusé Dans un perfectionnement de l'inven- no kink in the accused In a refinement of the invention
tion, les deux extrémités de chaque conducteur respectif d'un segment sont décalées radialement vers l'extérieur à partir des couches d'enroulement externes des spirales de the two ends of each respective conductor of a segment are offset radially outwardly from the outer winding layers of the spirals of
bobine Cela permet un raccordement simple des câbles d'ali- coil This allows a simple connection of the power cables
mentation électrique, ainsi qu'une fixation simple des rac- electrical connection, as well as simple attachment of
cords de liquide de refroidissement dans le cas o le conduc- coolant cords in the case where the
teur de bobine est réalisé avec refroidissement interne. coil motor is made with internal cooling.
Avec des segments de ce type, il est possible de produire des bobines d'induction de pratiquement n'importe quelle longueur et il est même possible d'aligner simplement les unes avec les autres des bobines partielles préfabriquées, de sorte que, malgré le montage rapide, on obtient une bobine With segments of this type it is possible to produce induction coils of virtually any length and it is even possible to simply align prefabricated partial coils with each other so that, despite mounting fast, we get a coil
d'induction compacte ayant un fort pourcentage de cuivre. compact induction having a high percentage of copper.
Le pourcentage de cuivre fournit une indication sur l'ampleur effective du remplissage, par le conducteur en cuivre, de l'aire de la section de la bobine Plus le pourcentage de cuivre se rapproche de la valeur 1, plus le facteur de The percentage of copper provides an indication of the effective extent to which the copper conductor is filling the area of the coil section. The higher the percentage of copper approaches the value 1, the higher the
puissance et le degré d'efficacité de la bobine sont amélio- power and the efficiency of the coil are improved.
rés Dans la bobine d'induction selon l'invention, le pour- In the induction coil according to the invention, the
centage de cuivre se rapproche beaucoup de la valeur 1, au percentage of copper is very close to the value 1 at
moins dans le sens radial.less in the radial direction.
Chaque bobine partielle individuelle possède ses propres raccords d'admission et d'évacuation du fluide de refroidissement, respectivement Le refroidissement est presque totalement uniforme dans le sens axial de la bobine, Each individual partial coil has its own inlet and outlet connections for cooling fluid, respectively. The cooling is almost completely uniform in the axial direction of the coil,
de sorte qu'on ne constate une surchauffe à aucun endroit. so that there is no overheating in any place.
En plus d'un facteur-de puissance relativement bon de la bobine, on obtient en outre l'avantage que cette bobine In addition to a relatively good power factor of the coil, the advantage is also obtained that this coil
peut être réparée très rapidement, par exemple par un rempla- can be repaired very quickly, for example by replacing
cement d'une ou de plusieurs bobines partielles Les bobines partielles individuelles sont très facilement accessibles et, du fait qu'elles présentent en particulier un circuit de One or more partial coils The individual partial coils are very easily accessible and, because they have in particular a
refroidissement distinct, la bobine d'induction selon l'in- separate cooling, the induction coil according to the
vention se caractérise par une grande fiabilité de fonction- vention is characterized by a high reliability of
nement.ment.
Dans un perfectionnement de l'invention, un raccorde- In an improvement of the invention, a connection
ment externe d'une spirale d'un segment de bobine est relié électriquement au raccordement de la spirale contiguë du segment voisin Grâce à cette interconnexion, les segments the outer coil of a spiral of a coil segment is electrically connected to the contiguous spiral connection of the neighboring segment Thanks to this interconnection, the segments
de bobine individuels sont branchés électriquement en série. individual coil coils are electrically connected in series.
Il est également envisageable de relier les unes aux autres les extrémités correspondantes des couches d'enroulement externes par un conducteur d'alimentation, ce qui permet It is also conceivable to connect the corresponding ends of the outer winding layers with one another by means of a supply conductor, which makes it possible to
d'obtenir un branchement en parallèle. to obtain a connection in parallel.
Une bobine d'induction dans laquelle les conducteurs comportent chacun un canal interne de refroidissement peut An induction coil in which the conductors each comprise an internal cooling channel can
être refroidie de manière particulièrement bonne et unifor- to be cooled particularly well and uniformly
me lorsque chaque segment forme un circuit de refroidissement me when each segment forms a cooling circuit
séparé et propre Grâce au type de refroidissement, les cou- separated and clean Thanks to the type of cooling,
ches d'enroulement individuelles de segments de bobine adja- individual winding coils of adjacent coil segments
cents peuvent présenter sensiblement la même température de refroidissement. cents can have substantially the same cooling temperature.
Dans un procédé de fabrication d'une bobine d'induc- In a method of manufacturing an induction coil
tion à plusieurs spires ou couches selon l'invention, il est prévu que, à partir de l'enroulement de plus petit diamètre, une spirale d'un segment de bobine soit enroulée dans le sens With several turns or layers according to the invention, it is provided that, starting from the winding of smaller diameter, a spiral of a coil segment is wound in the direction
horaire et que l'autre spirale le soit dans le sens anti- hourly and that the other spiral is anti-clockwise
horaire; que les extrémités internes des conducteurs de bobi- schedule; that the inner ends of the bobbin
ne enroulés soient dégagées du plan des spirales; et que les extrémités internes soient soudées Etant donné que, lors du soudage, les deux spirales de bobine peuvent éventuellement être espacées l'une de l'autre, elles sont repoussées l'une not rolled out of the plane of the spirals; and that the inner ends are welded Since, during welding, the two coil spirals may be spaced apart from each other, they are pushed back one
vers l'autre après l'opération de soudage, ce qui leur confè- to each other after the welding operation, which gives them
re une forme prete au montage, sous laquelle elles sont très re a form ready for editing, under which they are very
rapprochées l'une de l'autre.closer to each other.
Selon un autre procédé de fabrication d'une bobine d'induction conformément à l'invention, il est prévu que, à partir de l'enroulement de plus petit diamètre, deux-spirales de bobine soient enroulées dans le même sens; et que les extrémités internes des conducteurs de bobine enroulés soient solidarisées par soudage, une spirale de bobine étant décalée According to another method of manufacturing an induction coil according to the invention, it is provided that, starting from the winding of smaller diameter, two-coil windings are wound in the same direction; and that the inner ends of the wound coil conductors are secured by welding, a coil spiral being shifted
de 180 de l'autre spirale.180 from the other spiral.
En fonction du dispositif d'enroulement utilisé, le procédé cité en second lieu peut être particulièrement bien Depending on the winding device used, the second-mentioned method may be particularly well
approprié étant donné que toutes les spirales de bobine peu- appropriate since all coil coils can
vent être enroulées dans une même direction, par exemple dans le sens horaire. Dans un procédé selon l'invention pour fabriquer une bobine d'induction à plusieurs spires ou couches, dans lequel wind in the same direction, for example in a clockwise direction. In a method according to the invention for producing a multi-turn or layer induction coil, in which
il peut être renoncé à un soudage des deux extrémités inter- the welding of both ends can be dispensed with
nes des conducteurs de bobine, il est prévu que le conduc- coil conductors, it is expected that the conductors
teur de longueur donnée soit, pour les deux spirales d'un segment, enroulé dans des sens opposés, à partir du centre of length given, for the two spirals of a segment, wound in opposite directions, from the center
de ce conducteur, pour former deux spirales juxtaposées. of this conductor, to form two juxtaposed spirals.
Dans ce procédé, le conducteur est par exemple placé par son centre sur un mandrin d'enroulement, après quoi les deux extrémités du conducteur sont enroulées dans des sens In this method, the conductor is for example placed by its center on a winding mandrel, after which the two ends of the conductor are wound in directions
opposés tout autour dudit mandrin.opposed all around said mandrel.
L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une élévation latérale fragmentaire d'une bobine d'induction comportant une bobine partielle et la figure 2 est une élévation en bout de cette bobine d'induction. The invention will now be described in more detail by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a fragmentary lateral elevation of an induction coil comprising a partial coil and FIG. an end elevation of this induction coil.
La figure 1 représente partiellement une bobine cylin- Figure 1 partially shows a cylindrical coil
drique d'induction à plusieurs spires ou couches destinée au chauffage d'une pièce métallique 1 à usiner introduite dans l'espace interne de la bobine La partie de la bobine d'induction illustrée sur le dessin consiste en-une bobine multi-turn induction die for heating a metal workpiece 1 to be machined into the internal space of the coil The induction coil portion illustrated in the drawing consists of a coil
partielle réalisée sous la forme d'un segment 2 de bobine. partial made in the form of a coil segment 2.
Ce segment 2 se compose de deux spirales 3 et 4 de bobine This segment 2 consists of two coil 3 and coil 4
enroulées dans des sens opposés Dans l'exemple de réalisa- in the opposite direction In the example of
tion représenté, il est prévu un nombre total de huit cou- represented, a total number of eight
ches d'enroulement.winding.
Les deux spires ou couches d'enroulement internes des spirales 3 et 4 sont en liaison directe ave-c un organe de transition 5 Cet organe 5 s'étend à l'oblique par rapport The two turns or inner winding layers of the spirals 3 and 4 are in direct connection with a transition member 5 This member 5 extends obliquely relative to
au plan des deux spirales 3 et 4.in the plane of the two spirals 3 and 4.
Les extrémités, prolongées vers le haut, des couches d'enroulement externes sont mutuellement décalées, c'est-à- dire tirées vers l'extérieur du plan du dessin, ou bien The upwardly extended ends of the outer coil layers are mutually offset, i.e. pulled outward from the plane of the drawing, or else
repoussées vers l'intérieur de ce plan Cela ressort claire- pushed towards the interior of this plane.
ment de la figure 2 Le raccordement électrique de la bobine partielle est assuré par des bornes de connexion 6 et 7 Dans cette forme de réalisation, les conducteurs de la bobine sont réalisés sous la forme d'un conducteur creux présentant un FIG. 2 The electrical connection of the partial coil is provided by connection terminals 6 and 7. In this embodiment, the conductors of the coil are in the form of a hollow conductor having a
canal interne de refroidissement Aux extrémités des conduc- internal cooling channel at the ends of the
teurs de la bobine, des manchons 8 et 9 de raccordement à un système de circulation d'eau assurent l'admission ou the coils, sleeves 8 and 9 for connection to a water circulation system ensure the admission or
l'évacuation de l'eau, respectivement. the evacuation of water, respectively.
Une bobine d'induction conformément à l'invention se compose de plusieurs segments 2 Comme le montrent les lignes An induction coil according to the invention consists of several segments 2 As shown by the lines
en pointillés sur la figure 1, ces segments sont très rappro- in dotted lines in FIG. 1, these segments are very similar
chés les uns des autres Ils entourent un tube 10 d'isolation from each other They surround an insulation tube
thermique dans lequel la pièce 1 à usiner est guidée à coulis- in which the workpiece 1 to be machined is guided to slide
sement ou bien est rigidement maintenue en place Les bobines partielles individuelles peuvent être déportées les unes des autres d'une manière telle que les raccords de circulation d'eau, ainsi que les bornes de connexion pour le raccordement électrique soient facilement accessibles, comme l'indiquent des lignes en pointillés sur la figure 2 L'importance du The individual partial coils may be offset from each other in such a way that the water circulation connections, as well as the connection terminals for the electrical connection are easily accessible, such as the indicate dashed lines in Figure 2 The importance of
décalage vers l'extérieur, dans le sens radial, des extrémi- radially outward shift of the extremities
tés des couches d'enroulement externes dépend de la manière external winding layers depends on the
dont la connexion électrique et le raccordement au tube sou- whose electrical connection and the connection to the
ple de circulation du fluide de refroidissement doivent être effectués Lors du montage, les bobines partielles sont tout d'abord introduites dans le corps du four Ensuite, le tube Full circulation of the coolant should be carried out During assembly, the partial coils are first introduced into the furnace body Then the tube
d'isolation thermique est glissé à l'intérieur de la bobine. thermal insulation is slipped inside the coil.
En variante, en guise d'isolation thermique, une masse céra- As a variant, as thermal insulation, a ceramic mass
mique peut être introduite dans la bobine incorporée rigide- can be introduced into the rigidly incorporated
ment. Pour former un branchement électrique en série, les bornes de connexion de deux spirales voisines de segments is lying. To form an electrical connection in series, the connection terminals of two spirals close to segments
différents sont raccordées mutuellement En cas de branche- different are connected to each other.
ment en parallèle, des spirales correspondantes des segments individuels sont reliées les unes aux autres. In parallel, corresponding spirals of the individual segments are connected to each other.
Selon un procédé de fabrication d'un segment 2 de bo- According to a method of manufacturing a segment 2 of
bine conformément à la figure 1, une spirale de bobine est tout d'abord enroulée sur un mandrin-d'enroulement dont le diamètre externe est légèrement plus grand que le diamètre externe du tube 10 d'isolation thermique, ce qui fait que des spires ou couches d'enroulement individuelles a, b In accordance with FIG. 1, a coil of coil is first wound on a winding mandrel whose outer diameter is slightly larger than the outer diameter of the heat insulation tube 10, so that turns or individual winding layers a, b
h sont très rapprochées les unes des autres Ensuite, l'ex- h are very close to each other Then, the former
trémité de la couche d'enroulement a la plus interne est sensiblement poussée ou tirée hors du plan formé par la spirale, en étant par exemple repoussée Vers l'intérieur du tremity of the winding layer has the innermost is substantially pushed or pulled out of the plane formed by the spiral, for example being pushed to the interior of the
plan du'dessin selon la figure 2 L'extrémité correspondan- plan of the drawing according to FIG.
te, déportée vers l'extérieur, d'une spirale de bobine en- outside of a spiral coil
roulée dans le sens opposé est ensuite soudée à cette extré- rolled in the opposite direction is then welded to this end.
mité décalée vers l'extérieur, ce qui fait que les deux spirales de la bobine sont alors reliées l'une à l'autre mity shifted outward, so that the two spirals of the coil are then connected to each other
par l'organe de transition 5.by the transition member 5.
Ce procédé est utilisé lorsque les deux spirales This process is used when both spirals
doivent être solidarisées par soudage pour former un seg- must be joined by welding to form a seg-
ment de bobine, sans que l'une de ces spirales doive être coil, without any of these spirals having to be
tirée à l'écart du mandrin d'enroulement avant que le seg- pulled out of the winding mandrel before the seg-
ment de bobine ait atteint sa position d'achèvement défi- coil has reached its final completion position
nitive. Cependant, au lieu d'un enroulement de l'un-e des spirales de bobine dans le sens opposé, les deux spirales peuvent aussi être enroulées dans, le même sens, l'une des spirales étant alors toutefois décalée de 1800 avant que les extrémités de ladite spirale soient solidarisées par soudage. Dans un procédé dans lequel il n'est pas nécessaire de souder les extrémités de la couche d'enroulement située le plus à l'intérieur, il est prévu de placer un conducteur de bobine de longueur donnée par sop centre tangentiellement sur un mandrin d'enroulement, pour enrouler ensuite, l'une après l'autre ou simultanément, les deux moitiés dans des sens opposés Lorsqu'on applique ce procédé, il convient de veiller, avant l'enroule-ment ou pendant l'enroulement des couches situées à l'intérieur, à ce que le futur organe de transition soit convenablement orienté obliquement à l'axe nal. However, instead of winding the one-e coil spirals in the opposite direction, the two spirals can also be wound in the same direction, one of the spirals then being shifted by 1800 before the ends of said spiral are secured by welding. In a process in which it is not necessary to weld the ends of the innermost winding layer, it is intended to place a coil conductor of given length by center sop tangentially on a mandrel. winding, to wind then, one after the other or simultaneously, the two halves in opposite directions When applying this method, it should be taken care, before winding-up or during the winding of the layers located at inside, that the future transition organ is appropriately oriented obliquely to the axis
de la bobine.of the coil.
Une fois les segments de bobine achevés, plusieurs Once the coil segments are completed, several
segments de ce type peuvent être placés sur un tube d'iso- segments of this type can be placed on an iso-
lation thermique, interconnectés électriquement et raccor- thermal insulation, electrically interconnected and connected
dés à des tuyaux flexibles de circulation du fluide de re- dice to flexible hoses for circulation of
froidissement L'isolation électrique des conducteurs de la bobine est assurée par des couches de bande isolante chilling Electrical insulation of the coil conductors is ensured by layers of insulating tape
enroulées sur la face externe du conducteur de bobine. wound on the outer face of the coil conductor.
Il va de soi que de nombreuses modifications peu- It goes without saying that many modifications can
vent être apportées à la bobine et au procédé décrits et can be made to the described coil and process and
représentée, sans sortir du cadre de l'invention. shown without departing from the scope of the invention.
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