FR2545640A1

FR2545640A1 - Noyau magnetique en poudre de fer

Info

Publication number: FR2545640A1
Application number: FR8406865A
Authority: FR
Inventors: Trasimond Adam Soileau; Lawrence William Speaker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-05-05
Filing date: 1984-05-03
Publication date: 1984-11-09
Also published as: US4601765A; ES532137A0; JPS601816A; KR850000140A; ES8600826A1

Abstract

NOYAU MAGNETIQUE EN POUDRE DE FER COMPRIMEE AYANT DES PERTES ANALOGUES A CELLES D'UN NOYAU FEUILLETE. IL COMPREND DES PARTICULES DE FER TASSEES DE MANIERE DENSE AYANT UN PREMIER REVETEMENT EN UN MATERIAU ISOLANT INORGANIQUE, LUI-MEME REVETU PAR UN DEUXIEME REVETEMENT D'UN FILM DE POLYMERE, CES PREMIER ET DEUXIEME REVETEMENTS REALISANT UNE FORTE ISOLATION ENTRE LES PARTICULES. APPLICATION AUX CIRCUITS MAGNETIQUES.

Description

La présente invention concerne les dispositifs ma-

gnétiques à noyau en poudre de fer agglomérée et les maté-

riaux et méthodes de fabrication de composants de circuit magnétique à forte perméabilité et faibles pertes adaptés à l'utilisation dans des dispositifs électromagnétiques, en particulier dans les transformateurs et inducteurs conçus

pour les circuits de ballast de lampe à décharge fonction-

nant aux fréquences classiques du réseau.

Les matériaux magnétiques se divisent généralement en deux catégories, les substances magnétiquement dures qui

peuvent être aimantées en permanence et les substances ma-

gnétiquement douces de forte perméabilité Ce sont ces der-

nières substances qui sont concernées par l'invention La perméabilité et la mesure de la facilité avec laquelle une

substance magnétique peut -tre aimantée et cette perméabili-

té est donnée par le rapport B/H, H représentant la force magnétique nécessaire pour produire l'induction magnétique B Dans beaucoup d'applications de puissance, tels que les transformateurs ou inducteurs, les moteurs, les générateurs et relais, on utilise le fer comme matériau magnétique et on

souhaite obtenir à la fois une forte perméabilité et de fai-

bles pertes.

Lorsque on expose le matériau magnétique à un champ variable de façon rapide, ce matériau est sujet à des -2-

pertes par hystérésis et des pertes par courants de Fou-

cault Les pertes par hystérésis proviennent de la dépense d'énergie nécessaire pour surmonter les forces magnétiques rémanentes à l'intérieur du fer Les pertes par courants de Foucault proviennent de la circulation de courants électri- ques à l'intérieur du fer induits par le flux changeant Les pertes par hystérésis et par courants de Foucault composent les pertes totales du noyau ou du fer dans un transformateur ou dans un dispositif électromagnétique La pratique usuelle dans la fabrication des noyaux magnétiques utilisés dans les transformateurs a été de former une structure feuilletée par empilage de minces tôles de fer Les tôles sont orientées parallèlement au champ magnétique pour assurer une faible réluctance Elles peuvent être vernies ou autrement revêtues pour réaliser une isolation entre les tôles qui empêche le courant de circuler entre ces dernières et permet d'obtenir

de faibles pertes par courants de Foucault Les transforma-

teurs et inducteurs feuilletés classiques nécessitent de

nombreuses opérations différentes pour leur fabrication.

L'utilisation d'un métal en poudre frittée permet

d'éviter les charges inhérentes à la fabrication des struc-

tures feuilletées mais, du fait des pertes de noyau élevées,

cette utilisation a été généralement restreinte aux applica-

tions comportant un fonctionnement en courant continu tels

que les relais Les applications en courant alternatif né-

cessitent que les particules de fer soient isolées les unes des autres de manière à réduire à réduire les pertes par courants de Foucault On utilise dans les circuits à niveau de transmission de signal et de fréquence élevés des noyaux

en poudre d'oxyde de fer magnétique et d'autres oxydes mé-

talliques combinés-pour former une céramique (ferrite) ou de

la poudre de fer dispersée dans un matériau plastique A no-

tre connaissance, les noyaux en poudre métallique n'ont pas cependant été utilisés dans les transformateurs de puissance ou les moteurs du fait de leur faible capacité de transport -3- de flux; Dans un ballast inductif classique *pour une lampe à décharge de haute intensité ou pour toute lampe à décharge d'arc utilisant un noyau feuilleté, on réalise un entrefer S dont la longueur est comprise entre environ 1 % et 3 %, plus classiquement 1 % à 2 % du circuit Si on doit utiliser de la

poudre de fer pour le noyau magnétique dans une telle appli-

cation, les particules doivent être isolées les unes des au-

tres avec pas plus de 1 à 3 % d'espacement entre les particu-

les Lorsqu'on comprime la poudre de fer brute jusqu'à 138 102 da N/cm 2 et qu'elle n'est pas frittée, la masse

volumique est environ 1 à 2 % en-dessous de la masse volumi-

que réelle du fer solide, probablement à cause de toutes pe-

tites fissurations ou interstices résiduels qui demeurent

vides Ceci signifie que la poudre de fer doit être compri-

mée aux environ de 90 % ou plus de la masse volumique théori-

que, de manière à avoir un entrefer contenant l'isolation

réparti qui ne dépasse pas 3 % dans chacune des trois direc-

tions orthogonales dont l'une est celle du trajet du flux.

On a effectué différents essais dans le passé pour former des noyaux magnétiques à forte masse volumique, ayant les propriétés souhaitées, par compression de poudre d'acier revêtue de matériau d'isolement Le brevet des Etats-Unis n 3.245 841 décrit un procédé pour fabriquer une poudre d'acier à forte résistivité par traitement de la poudre avec

de l'acide phosphorique et de l'acide chromique pour réali-

ser un revêtement de surface sur les particules d'acier constituées principalement de phosphate de fer et de composé de chrome Le brevet des Etats-Unis N O 3 725 521 décrit un

autre procédé ayant le même but et dans lequel les particu-

les d'acier sont revêtues d'une résine thermodurcissable telle une résine de silicone Ce même brevet propose de charger la résine avec une charge inorganique ayant une taille de particule plus petite que la taille des particules de la poudre d'acier, la charge pouvant être du quartz, du -4kaolin, du talc, du carbonate de calcium et analogues Le

brevet des Etats-Unis na 4 077 089 propose d'utiliser un mé-

lange de particules de fer et de particules d'alliage d'alu-

minium et de fer silicium qui sont revêtue par un silicate de métal alcalin, d'argile ou d'oxyde de métal alcalinoter- reux Aucune de ces propositions de l'art antérieur n'a

réussi à réaliser un noyau magnétique ayant la masse volumi-

que nécessaire et ayant une résistivité suffisamment élevée

pour que les pertes du noyau ne soient pas notablement supé-

rieures à celles qui ont lieu dans les noyaux classiques feuilletés Jusqu'à présent il n'y a pas eu d'utilisation commerciale de noyaux en poudre de fer comprimée pour les

ballasts des lampes à décharge à intensité élevée.

L'invention a pour buts de réaliser un noyau ma-

gnétique en poudre de fer comprimée ayant une forte perméa-

bilité et de faibles pertes, comparables aux pertes des noyaux feuilletés en tôle de fer classiques; et de fournir

un procédé pratique économique pour produire de tels noyaux.

Plus spécifiquement, on cherche à obtenir un noyau en poudre de fer ayant un entrefer réparti qui ne soit pas supérieur à 3 %, de préférence pas supérieur à environ 2 %o, et ayant des

pertes de noyau comparables à celles des noyaux classiques.

Ceci rendrait le noyau pratique pour l'utilisation dans un

ballast de lampe à décharge Bien entendu, il est souhaita-

ble d'atteindre des pertes encore plus faibles et de fournir des structures ballasts de fer, et de cuivre ou d'aluminium conducteur plus économiques qu'il n'est possible avec les

noyaux feuilletés.

L'invention a aussi pour but de fournir une poudre

de fer traitée qui puisse être facilement comprimée et re-

cuite selon un procédé économique et pratique pour réaliser

de tels noyaux.

En fabriquant un noyau comprimé selon la présente invention-, on utilise une poudre de fer constituée par des

particules de taille appropriée qui, généralement, est infé-

-5- rieure à 1,27 mm de diamètre On applique premièrement un

film inorganique siliceux continu A titre d'exemple recom-

mandé, on mélange un silicate de métal alcalin en solution aqueuse dans la poudre de fer qui est ensuite séchée à une température supérieure à la température ambiante de manière à supprimer toute humidité et à revêtir les particules d'un

revêtement inorganique vitreux On applique ensuite un revê-

tement d'un polymère à température élevée ayant une certaine

élasticité et des capacités à s'écouler sous pression A ti-

tre d'exemple recommandé, un revêtement d'une résine de si-

licone peut être appliqué en mélangeant la résine diluée dans un solvant organique à la poudre de fer et en faisant

sécher à l'air.

La poudre de fer est à nouveau comprimée à une pression pas inférieure à environ 34,5 102 da N/cm 2, à la

forme souhaitée pour obtenir le composé du circuit magnéti-

que Le noyau comprimé est ensuite recuit à au moins 500 'C pour supprimer les contraintes dans les particules de fer qui sont induites par l'opération de compression Le recuit réduit les pertes par hystérésis, mais en même temps les pertes par courants de Foucault commencent à augmenter de

sorte qu'il doit être très bien réglé Le revêtement de si-

licone permet le recuit à ces températures élevées sans ac-

croître indûment les pertes par courants de Foucault La présente invention permet de réaliser des noyaux ayant des pertes totales comparables à celles des noyaux feuilletés classiques et ainsi réalise les objectifs qui lui étaient

fixés On a aussi réalisé des noyaux ayant des pertes tota-

les inférieures à celles de noyaux classiques feuilletés.

La suite de la description se réfère à la figure

annexée qui représente une vue éclatée d'un réacteur à noyau

en poterie selon la présente invention.

Pour fabriquer un noyau en poudre métallique fer-

romagnétique selon la présente invention on utilise une pou-

dre de fer constituée par des particules qui ont un diamètre -6- inférieur à 1,27 mm La dimension spécifique des particules est liée à la fréquence à laquelle le noyau fonctionne, plus

la fréquence est élevée plus la taille souhaitée est petite.

Pour la fréquence de réseau 60 hertz classiquement utilisée aux EtatsUnis, la taille optimum moyenne de particule sera légèrement inférieure à celle d'une particule utilisée pour une fréquence de 50 hertz comme au Japon Les particules

doivent être suffisamment petites pour assurer que les per-

tes résultantes des courants de Foucault circulant à l'inté-

rieur des particules individuelles qui ont été isolées les unes des autres sont suffisamment faibles Mais avec des

particules trop fines, telles que celles dont la taille ap-

proche celle des domaines magnétiques, les pertes par hysté-

résis commenceront à augmenter En conséquence on doit aussi éviter d'avoir des particules excessivement fines, et ce

d'autant plus que leur coût est supérieur.

La poudre de fer, ainsi désigne-t-on dans le com-

merce le fer sous forme de particules, peut être réalisée par n'importe lequel de différents procédés connus Selon l'un des procédés, un fin courant de fer fondu est atomisé par un jet d'eau à pression élevée Les particules de fer ont une taille variable et ne sont pas sphérique mais ont

une forme irrégulière La taille des particules fait réfé-

rence au diamètre de particules sphériques hypothétiques qui passeraient ou ne passeraient pas à travers les mailles d'un

tamis de taille appropriée pour l'intervalle de taille spé-

cifié.

Une poudre de fer appropriée est vendue par Hoe-

ganeas Corp of Riverton, N J sous la désignation l OOOB.

C'est une poudre de fer pratiquement pure ayant une taille

moyenne de particule comprise entre 0,051 mm et 0,152 mm.

Par taille moyenne de particule on entend qu'après analyse granulométrique de la poudre, 50 % en poids des particules dépasseront la taille moyenne de particule et 50 % en poids ne l'atteindront pas Plus de 70 % en poids de particules -7-

sont comprises entre 0,025 mm et 0,203 mm Le contenu maxi-

mum en carbone tel qu'annoncé par le vendeur est 0,02 %, classiquement 0, 01 %; le contenu maximum en manganèse est 0,15 %, classiquement 0,11 %; des traces de cuivre et nickel peuvent etre présentes Si on utilise de la poudre de fer

pur, on peut utiliser, suivant les caractéristiques magnéti-

ques souhaitées, du fer contenant des additions d'alliage telles que du silicium, du nickel, de l'aluminium, ou tout

autre élément.

Traitement du matériau La première étape dans le traitement de la poudre

de fer est de revêtir les particules par un silicate de mé-

tal alcalin qui éventuellement fournira l'isolation entre les particules du noyau Des solutions aqueuses de silicate

de métal alcalin sont disponibles dans le commerce et con-

tiennent jusqu'à 39 % en poids de solides constitués par

K 20 et Si O 2, et jusqu'à 54 % en poids de solides consti-

tués par Na 2 O et Si O 2 On a utilisé une solution de si-

licate de potassium disponible commercialement et satisfai-

sante qui est vendue par Philadelphia Quartz Company, Valley Forge, Pennsylvania sous la désignation Kasil #1 et est constituée par 8,3 % de X 20 et 20,8 % de Si O 2 diluées

dans l'eau A titre d'exemple, on a mélangé 50 kg de la pou-

dre de fer décrite précédemment avec 1250 cm 3 de solution Kasil #1 et 3750 cm 3 d'eau Il est souhaitable d'ajouter

un agent de mouillage ou de surfaçage pour faciliter le re-

vêtement uniforme et profond des particules On a utilisé

alors 1,4 g d'un matériau vendu par Rohm and Haas Co, Phi-

ladelphia, Pennsylvania sous le nom commercial de Triton

X 100 dans lequel l'ingrédient actif est un alkylphénoxypoly-

éthoxyéthanol. Le mélange précédent est ensuite chargé dans un mélangeur à mortier, c'est-à-dire dans un tambour d'acier

rotatif entraîné électriquement, contenant des chicanes in-

ternes pour agiter et brasser le contenu On a utilisé un

8 2545640

mélangeur pour plâtre classique d'entrepreneur d'une capaci-

té de 2 sacs En même temps qu'on agite la charge, on la sè-

che par soufflage d'air chaud dans le mélangeur On utilise

des pistolets à air chaud à fort débit dans lequel un venti-

lateur ou un compresseur envoie de l'air à travers des ré- sistances électriques de chauffage Le mélange passe par un

état grumeleux et collant jusqu'à ce qu'il devienne une pou-

dre libre La charge de poudre est ensuite déchargée dans des récipients plats pour former un lit d'épaisseur comprise entre 1,27 et 2,54 cm, et est ensuite séchée dans un four à circulation forcée à 201 C pendant une heure pour assurer un

séchage complet.

Lorsque la solution aqueuse de Kasil est séchée,

le revêtement résultant contient de l'eau chimiquement liée.

Un chauffage jusqu'à au moins environ 2500 C serait nécessai-

re pour enlever pratiquement toute cette eau liée chimique-

ment et durcir le revêtement de silicate de potassium sur les particules de fer jusqu'à l'état de verre On évite de faire ceci à ce stade du procédé et on chauffe suffisamment pour assurer que toute l'eau de surface soit évacuée, mais on ne fait pas évacuer toute l'eau chimiquement liée On présume qu'en ne durcissant pas jusqu'à l'état de verre, on maintient une plus grande flexibilité du revêtement ce qui

aide à conserver l'isolation entre les particules dans l'é-

tape de compression à venir.

Selon la présente invention, on applique sur les

particules de fer revêtues de silicate de potassium un deu-

xième revêtement très mince d'une résine adhérente, souple

et qui peut supporter des températures élevées sans se dé-

composer en résidus conducteurs On a trouvé que la combi-

naison d'un premier revêtement vitreux avec un tel revête-

ment polymère a pour résultat des pertes nettement plus fai-

bles dans le noyau comprimé après recuit Les résines de si-

licone, qui sont des polymères caractérisés par une alter-

nance d'atomes de silicium et d'oxygène avec des groupes or-

9 2545640

ganiques fixés aux atomes de silicium sont recommandées pour ce revêtement Mais on peut utiliser d'autres résines telles

celles que l'homme de l'art peut choisir parmi les polyimi-

des, les fluorocarbures et les acryliques Dans les résines polyorganosiloxanes, le type de groupe organique et l'éten- due de la réticulation déterminent les caractéristiques de la résine Les silicones recommandés sont ceux contenant des

groupes alkyles et aryles avec un équilibre entre les grou-

pes di et tri-fonctionnels, ce qui a pour résultat une sta-

bilité aux températures élevées, une bonne adhésion, et une

absence de fissuration Ces résines dissoutes dans des sol-

vants organiques sont disponibles comme vernis et sont con-

nues en tant que classe H des vernis de trempage et d'impré-

gnation Une résine appropriée de ce type est vendue par Ge-

neral Electric Company, Silicone Products Department, Water-

ford, New York sous le nom de CR-212 Elle est fabriquée à

partir d'un mélange de méthyltrichlorosilane, phényltri-

chlorosilane, diméthyldichlorosilane et diphényldichlorosi-

lane C'est un polyméthylphénylsiloxane ayant une abondance de groupes terminaux Si OH qui donne une bonne réticulation et un équilibre entre les groupes di et tri-fonctionnels ce qui a pour résultat une stabilité aux températures élevées

et une bonne adhésion.

On applique la résine de-silicone sur les particu-

les de fer revêtues de silicate sous la forme d'un vernis

dans un solvant inorganique La poudre de fer séchée est en-

levée du four de séchage et laissée à refroidir à températu-

re ambiante Elle est ensuite replacée dans le mélangeur à mortier avec 500 cm 3 de résine de silicone constituée par 20 % de solide dans du toluène On ajoute à ceci 3000 cm 3 de toluène pour diluer ensuite la résine Comme le solvant

utilisé est ultérieurement évaporé, sa nature n'est pas cri-

tique et on peut le remplacer par n'importe quel solvant or-

ganique volatil facilement disponible qui dissoudra la rési-

ne de silicone De même la concentration de la solution de traitement n'est pas critique et le but de la dilution est de faciliter le mélange avec la poudre de fer Le mélange est brassé avec un courant d'air chaud dans le mélangeur

jusqu'au séchage.

Le revêtement de silicone, en général, entoure les particules de fer individuelles et sert d'isolation Mais son utilité dans l'invention tient principalement à ce qu'il permet le recuit à une température plus élevée sans que l'on

s'expose à des pertes par courants de Foucault, à la diffé-

rence soit d'un revêtement par silicate seul soit par revê-

tement par silicone seul Après que la poudre de fer revêtue

de la résine de silicone ait été agitée à sec, elle est ta-

misée à travers un tamis ayant une taille de maille de 0,21 mm pour enlever tout agglomérat ayant une taille supérieure à 0,25 mm Cette poudre de fer ainsi traitée a un premier revêtement de silicate de métal alcalin et sur ce dernier un deuxième revêtement de résine de silicone qui est stable et

remplit l'objectif subsidiaire de l'invention On peut sto-

cker la poudre dans cet état jusqu'à ce qu'elle soit utili-

sée pour être comprimée en noyaux Si l'on considère une particule moyenne qui a une taille de 0,1 mm, l'épaisseur du revêtement nécessaire pour avoir un entrefer réparti de 2 % est environ 1,016 10-4 cm Pour avoir un entrefer réparti

de 1 % l'épaisseur est environ 0,58 10-4 cm, et pour un en-

trefer réparti de 3 % elle est d'environ 1,524 10-4 cm En

d'autres termes, l'épaisseur du revêtement doit être compri-

se entre environ 0,5 % et 1,5 % de la taille de la particu-

le Le revêtement de silicate constitue 70 à 85 % du revête-

ment total, le complément étant fourni par la résine de si-

licone La résine de silicone semble au moins être en partie décomposée pendant le recuit qui suit la compression en un noyau, et son résidu peut constituer une quantité inférieure à celle du complément indiqué cidessus dans le revêtement

total du noyau terminé.

Fabrication du noyau - il - Pour fabriquer un noyau selon la présente invention on comprime la poudre traitée comme ci-dessus à plus de 34,5 102 da N/cm 2, de préférence de 69 à 138 102 da N/cm, ceci jusqu'à la forme désirée pour le composant

S magnétique souhaité La compression est effectuée à tempéra-

ture ambiante et permet d'atteindre approximativement 93 à

% de la masse volumique théorique.

Pendant la compression, les particules de fer sont

nécessairement déformées de manière à remplir les vides en-

tre particules et permettre d'atteindre la masse volumique finale Les forces résultantes induisent des contraintes

dans les particules ce qui augmente les pertes par hystéré-

sis Selon la présente invention, les composants comprimés sont recuits pour enlever les contraintes et réduire les pertes par hystérésis On a trouvé qu'il était nécessaire

d'effectuer un recuit à 5 Q 000 Co Cependant une température ex-

cessive de recuit provoque une augmentation des pertes par courants de Foucault On recuit à la température qui permet d'obtenir les plus faibles pertes totales, c'est-à-dire 600 'C pour les premier et deuxième revêtement recommandés décrits A titre d'exemple, les pertes totales dans un noyau de ballast inductif d'échantillon mesurées avec une densité de flux de 1,3 Tesla et une fréquence de réseau de 60 hertz étaient de 19,8 watts/kg avant recuit Les pertes ont chuté

jusqu'à 11 watts/kg après recuit à 6001 C Un échantillon si-

milaire recuit à 650 'C a présenté des pertes de 13,7 watts/kg. Ce résultat surprenant du revêtement de silicone sur le revêtement de silicate selon la présente invention est mis en lumière très clairement par la comparaison de la

résistivité des matériaux après recuit Des blocs échantil-

lons de 1,27 cm de diamètre de poudre de fer compactée ont été préparés, certains à partir de poudre revêtue seulement de silicate, certains à partir de poudre revêtue seulement

de résine de silicone, et d'autres à partir de poudre revê-

12 2545640

tue par le premier revêtement de silicate, puis par le deu-

xième revêtement de silicone Les blocs ont été recuits à 6000 C Ceux revêtus par le silicate seul ont présenté une résistance d'environ 197 milliohms/cm Ceux revêtus par la résine de silicone seule n'ont pas pu être recuits sans dé-

composition du revêtement et augmentation excessive des per-

tes par courants de Foucault Ceux portant le revêtement de silicate plus celui de silicone ont présenté une résistance de 3937 milliohms/cm, résistance 20 fois supérieure à celle

présentée par le revêtement de silicate seul.

L'un des avantages de l'utilisation de la résine de silicone pour le deuxième revêtement apparaît être que

tout résidu provenant de la décomposition de la résine pen-

dant le recuit contient aussi du silicium sous forme d'oxyde

ou sous toute autre forme isolante On a remarqué que le re-

cuit doit être de préférence effectué en atmosphère oxydan-

te, de manière la plus appropriée dans l'air Une atmosphère

réductrice telle que l'hydrogène provoquerait une augmenta-

tion rapide des pertes par courants de Foucault et doit être

évitée.

Noyau en poterie La figure 1 représente un ballast inductif à noyau

en poudre, utilisant un noyau en poudre de fer comprimée fa-

briqué selon l'invention Le ballast 1 est représenté sui-

vant une vue verticale éclatée pour montrer l'enroulement sur un corps de bobine en matière plastique 3 L'enroulement et la bobine sont totalement enfermés à l'intérieur des deux

composants du noyau en poudre de fer 4 et 5 lorsque les élé-

ments sont assemblés En l'état assemblé, l'enroulement est

* situé à l'intérieur de la rainure annulaire 6, 6 ' Les ex-

trémités 7, 8 de l'enroulement sont amenées à l'extérieur vers des manchons d'isolation 9 et 10 qui font partie de la bobine en matière plastique 3 et s'étendent à travers des ouvertures 11, 12 dans la moitié supérieure du noyau Une prise 13 dans l'enroulement est amenée vers l'extérieur à

13 2545640

travers la fente 14 située dans la moitié inférieure du

noyau L'ensemble est maintenu par un écrou avec une rondel-

le Grower 15 et une vis à métaux à long filetage qui tra-

verse un trou axial dans les deux composants du noyau Le ballast représenté est conçu pour être utilisé comme réac-

tance série de limitation de courant pour une lampe à dé-

charge à intensité élevée ainsi que pour être utilisé dans les lampes à décharge en général De manière identique, on peut l'utiliser dans la combinaison de ballast réactif et de démarreur d'impulsion schématiquement représenté et décrit

dans le brevet des E U A N O 3 917 976.

Le ballast représenté ici, a été utilisé pour fai-

re fonctionner une lampe à vapeur de sodium haute pression

de 70 watts avec une alimentation 120 v, 60 hz courant alter-

natif avec un facteur de puissance normal Les dimensions et les paramètres ainsi que des mesures en fonctionnement sur banc à 25 'C de température ambiante étaient les suivantes: Noyau en poterie: diamètre extér 6,35 cm; hauteur 4,76 cm Bobine: diamètre extér 5,4 cm; diamètre inter 3,75 cm;

hauteur 3,75 cm.

Enroulement: 430 spires, 407 à la prise, en fil de cuivre de 0,71 mm de diamètre Poids total: 1,02 kg

Température de fonctionnement 871 C; bobine 88 C.

Perte de puissance dans le ballast t 13,5 watts.

Pour faire fonctionner la même lampe dans les mê-

mes conditions on utilise un ballast classique à noyau feil-

leté E-I et identifié dans le catalogue General Electric

sous le numéro 35-217203-R 12 Les dimensions et les paramè-

tres ainsi que les mesures en fonctionnement sur banc à 250 C de température ambiante étaient les suivantes Noyau E-I Tôle: largeur 8,24 cm; hauteur 6,83 cm; profondeur de l'empilage 2,96 cm Bobine: située autour de la branche du milieu du E, a une

14 2545640

ouverture carrée de 2,23 cm par 2,23 cm Enroulement: 637 spires, 626 à la prise, en fil d'aluminium de 0,91 mm de diamètre Poids total: 1,14 kg Température de fonctionnement: noyau, 860 C; bobine, 1000 C.

Perte de puissance dans le ballast: 17 watts.

La comparaison du ballast à noyau en poterie de l'invention avec un ballast à noyau classique E-I montre que l'on obtient une réduction de perte de puissance de 21 % et une réduction du poids total de Il % Ainsi pour la première fois l'invention permet d'obtenir un noyau en poudre de fer qui a un rendement au moins égal, en fait meilleur qu'un

noyau classique feuilleté du môme poids.

Maintenant que l'on a franchi la barrière de ren-

dement, plusieurs autres facteurs jouent en faveur des noyaux en poudre de fer par rapport aux noyaux feuilletés classiques La technique defabrication nécessite beaucoup moins de travail parce que il y a moins d'éléments impliqués et que l'automatisation en est relativement simple Les noyaux en poterie permettent une construction totalement fermée des ballasts et sont facilement fabriqués, ils ont de plus des avantages inhérents résultant de leur géométrie Le

noyau en poterie permet d'avoir une section droite circulai-

re et la longueur de fil nécessaire pour bobiner autour d'un cercle est inférieure d'environ 13 % à celle nécessaire pour

bobiner autour d'un carré enfermant la même surface L'enve-

loppement complet de l'enroulement par le noyau réduit le champ magnétique extérieur à une valeur très faible Ainsi

aucun blindage n'est nécessaire pour confiner le champ ma-

gnétique et aucune protection du ballast n'est non plus né-

cessaire L'enroulement remplit pratiquement toute la cavité à l'intérieur des composants du noyau et très peu de poterie

est nécessaire pour finir de remplir cette cavité Ceci fa-

vorise un bon transfert de chaleur et assure un fonctionne-

ment silencieux avec un minimum de matériau de poterie.

2545640

Tandis que les exemples précédents se référaient à un fonctionnement à 60 Hz, l'homme de l'art pourra prévoir des applications pour d'autres fréquences et l'utilisation d'un noyau comprimé pour des réacteurs utilisés avec des dispositifs de régulation électronique On peut en donner deux exemples classiques: Le noyau en poterie tel que précédemment décrit a été bobiné avec 900 tours d'un fil de cuivre de diamètre

0,51 mm avec un entrefer total de 1,52 mm On a fait fonc-

tionner une lampe à vapeur de sodium haute pression de 90 volts, 70 watts telle qu'utilisée au Japon, à partir d'une alimentation 200 v, 50 Hz Dans des conditions de régime permanent on a obtenu les données suivantes: Tension de ligne: 200 volts efficaces, 50 Hz Tension de lampe: 103 volts efficaces Courant de ligne et de lampe: 0,95 A efficaces Puissance du réseau: 88 watts Puissance de la lampe * 73 watts Perte de puissance totale dans le ballast t 15 watts On a fait fonctionner un ballast à commande de phase électronique pour une lampe à mercure haute pression de 400 watts, tel que celui fabriqué par Eyelis Corporation, Japon, en utilisant deux noyaux en poterie tels que décrits précédemment mais ayant 700 spires de fil de cuivre-de 0,56 mm de diamètre et un entrefer total de 4,6 mm Les deux

réacteurs ont fonctionné en parallèle et en tant que réac-

teur principal du circuit de commande phase En régime per-

manent, les données suivantes ont été obtenues: Tension de ligne: 200 volts efficaces Tension de lampe: 137 vols efficaces Courant de ligne: 3, 28 ampères efficaces Courant de lampe: 3,27 ampères efficaces Puissance de ligne: 457 watts Puissance de lampe: 395 watts Perte totale de noyau: 60 watts (pour deux noyaux)

16 2545640

Claims

REVENDICATIONS

1 Noyau magnétique caractérisé en ce qu'il com-

prend des particules de fer tassées de manière dense ayant un premier revêtement en un matériau isolant inorganique, lui-même revêtu par un deuxième revêtement d'un film de po- lymère, ces premier et deuxième revêtement réalisant une

forte isolation entre les particules.

2 Noyau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il subit un recuit pour avoir une caractéristique de

pertes électriques plus faible.

3 Noyau selon la revendication 1, caractérisé en

ce que le matériau isolant inorganique est siliceux.

4 Noyau selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau siliceux est un silicate de métal alcalin

5 Noyau selon la revendication 1, caractérisé en.

ce que le polymère est une résine de silicone.

6 Noyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau isolant inorganique est un silicate de

métal alcalin et le polymère est une résine de silicone.

7 Noyau selon la revendication 6, caractérisé en

ce qu'il est recuit et qu'il présente des pertes par hysté-

résis relativement faibles ainsi que des pertes par courants

de Foucault relativement faibles.

8 Noyau magnétique en poudre de fer tassée pour

utilisation dans des dispositifs électriques à courant al-

ternatif, caractérisé en ce qu'il comprend:

de la poudre de fer constituée par des particules de tail-

le inférieure à 1,27 mm avant compactage: les particules de la poudre étant revêtues d'un silicate

de métal alcalin, revêtu lui-même par un résidu d'un revête-

ment de silicone réalisant une isolation entre les particu-

les et les particules étant compactées à au moins 90 % de la

masse volumique théorique du fer, et.

le fer du noyau étant recuit et présentant des pertes par

hystérésis ainsi que des pertes par courants de Foucault re-

17 2545640

lativement faibles.

9 Noyau magnétique selon la revendication 8, ca-

ractérisé en ce que le fer est recuit jusqu'à un état pour lequel les pertes par hystérésis et courants de Foucault sont approximativement égales pour la fréquence du réseau.

Noyau magnétique selon la revendication 8, ca-

ractérisé en ce que la taille moyenne de la particule de la poudre de fer avant compactage est comprise entre 0,051 et

0,152 mm.

11 Noyau magnétique selon la revendication 8, ca-

ractérisé en ce qu'au moins 70 % en poids des particules ont

une granulométrie comprise entre 0,025 et 0,203 mm.

12 Noyau magnétique selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il a été compacte à environ 93 % à 95 %

de la masse volumique théorique du fer.

13 Procédé de fabrication d'un noyau magnétique

en poudre de fer pour utilisation dans des dispositifs élec-

triques à courant alternatifs, caractérisé en ce qu'il con-

siste à: choisir de la poudre de fer ayant des particules ayant un diamètre inférieur à 1,27 mm;

mélanger une solution aqueuse d'un silicate de métal alca-

lin à la dite poudre; sécher la poudre; mélanger une résine de silicone dissoute dans un solvant organique à la poudre; sécher la poudre pour permettre à la résine de former un mince revêtement sur les particules; et

comprimer la poudre à la forme souhaitée pour le noyau.

14 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à recuire le noyau jusqu'à une

température qui a pour effet d' obtenir une diminution nota-

ble des pertes par hystérésis sans augmentation excessive

des pertes par courants de Foucault.

15 Procédé selon la revendication 14, caractérisé

18 2545640

en ce que la poudre de fer choisie a une taille moyenne de

particules comprise entre 0,051 mm et 0,152 mm.

16 Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le mélange de poudre de fer et de silicate aqueux de métal alcalin est brassé tandis qu'on souffle de l'air jusqu'à ce que la poudre revêtue de silicate devienne une poudre libre et en ce qu'il consiste à chauffer la poudre

revêtue pour éliminer toute l'eau de surface.

17 Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la résine de silicone est une résine qui réalise

un très mince revêtement de résine de polyorganosiloxane.

18 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la résine de silicone contient des groupes alkyl

et aryl avec un équilibre entre les groupes di et tri-fonc-

tionnels qui a pour résultat une stabilité de température

élevée et une forte adhésion.

19 Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la résine de silicone est fabriquée à partir d'un

mélange de méthyl et de phényl trichlorosilanes et de dimé-

thyl et diphényl dichlorosilanes.

Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le recuit a été effectué à une température d'au moins 5000 C. 21 Procédé selon la revendication 14, caractérisé

en ce que le recuit a été effectué à une température d'en-

viron 600 'C.

22 Noyau magnétique résultant de la mise en oeu-

vre de la méthode de la revendication 13.

23 Noyau magnétique résultant de la mise en oeu-

vre de la méthode de la revendication 14.

24 Poudre de fer traitée adaptée pour être com-

pactée jusqu'à plus de 90 % de la masse volumique du fer en composants de noyaux magnétiques capables d'être recuits de manière à obtenir des pertes par hystérésis ainsi que des

pertes par courants de Foucault relativement faibles, carac-

19 2545640

térisée en ce qu'elle comprend de la poudre de fer consti-

tuée par des particules ayant un premier revêtement d'un

film siliceux continu, lui-même revêtu d'un deuxième revête-

ment d'un polymère à température élevée, les premier et deu-

xième revêtement réalisant une isolation entre les particu- les. Poudre de fer traitée selon la revendication 24, caractérisée en ce que la poudre est constituée par des

particules ayant une taille inférieure à 1,27 mm.

26 Poudre de fer traitée selon la revendication , caractérisée en ce que le film siliceux est formé par un silicate de métal alcalin et que le polymère à température

élevée est une résine de silicone.

27 Poudre de fer traitée selon la revendication 25, caractérisée en ce que la taille moyenne de particule de

la poudre de fer est comprise entre 0,051 et 0,152 mm.

28 Poudre de fer traitée selon la revendication

, caractérisée en ce qu'au moins 70 % en poids des parti-

cules sont comprises entre 0,0025 mm et 0,203 MM.

29 Poudre de fer traitée selon la revendication

26, caractérisée en ce que lépaisseur totale du premier re-

vêtement de silicate et du deuxième revêtement de silicone sur une particule est comprise entre environ 0,5 et 1,5 % de

la taille de la particule.

30 Poudre de fer traitée selon la revendication 26, caractérisée en ce que le silicate de métal alcalin est

du silicate de potassium et la résine de silicone est un po-

lyméthylphénylsiloxane.