FR2835646A1 - Tore magnetique nanocristallin - Google Patents
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Abstract
Le tore magnétique nanocristallin (1) comporte un enroulement (2) constitué d'une bande en matériau nanocristallin enroulée sur elle-même et serrée à sa partie interne sur une frette annulaire, ainsi qu'une enveloppe (4) entourant l'enroulement (2) et comportant une paroi de forme globalement torique. La paroi de l'enveloppe (4) est assemblée avec la frette (3) qui constitue au moins une partie périphérique interne de l'enveloppe (4) et un moyen de maintien de l'enroulement (2) à l'intérieur de l'enveloppe (4).
Description
c_ur (2) du réacteur nucléaire.
L'invention concerne un tore magnétique comportant une bande en matériau nanocristallin enroulée sur elle-même et en particulier un tore ma gnétique nanocristallin mince, c'est-à-dire présentant une faible épaisseur
d'enroulement de la bande en matériau nanocristallin.
On connat des tores magnétiques nanocristallins qui sont réalisés en des alliages très doux, par exemple de type fer-nickel, et qui sont utilisés principalement dans les transformateurs de mesure de courant de haute précision pour lesquels on doit disposer d'une perméabilité magnétique éle vée du noyau du transformateur. De tels noyaux peuvent étre réalisés avan
tageusement sous la forme d'un tore magnétique en matériau nanocristallin.
Dans le cas de transformateurs de petite puissance utilisés dans le domaine de l'électronique ou dans le domaine du contrôle de réseaux électriques, par exemple pour la réalisation de disjoncteurs différentiels, on utilise de tels tores magnétiques minces, c'est-à-dire avec une épaisseur d'enroulement
par exemple inférieure à 2 mm.
La bande en matériau nanocristallin constituant l'enroulement du tore magnétique est obtenue à partir d'un ruban en alliage de composition spéci fique d'une épaisseur voisine de 20,um, réalisé par coulée avec refroidisse ment rapide. Le ruban amorphe présente une souplesse suffisante pour être enroulé sur un mandrin sous la forme d'un enroulement comportant des spi res parfaitement superposées. Après l'opération d'enroulage de la bande amorphe, I'enroulement est généralement séparé du mandrin pour être soumis à un traitement thermique au voisinage de 500 C, au cours duquel le matériau amorphe développe une structure cristalline comportant des grains de dimension nanométrique constituant une proportion volumique notable du matériau qui est alors désigné comme nanocristallin. Pendant le traitement thermique de nanocristallisation, on soumet généralement l'enroulement à un champ magnétique transverse qui permet d'adapter les performances magnétiques à l'application envisagée (par exemple la forme du cycle d'hys
térésis et les valeurs des perméabilités magnétiques).
Dans le cas de petits tores de forme circulaire ayant un diamètre ex térieur de l'ordre de 2 cm, on sépare les enroulements de leur mandrin d'en roulage et on les dépose sur un support dont la forme permet d'aligner les spires des enroulements, de façon à éviter des entrefers néfastes pour l'éta
blissement du champ magnétique transverse.
Dans le cas de tores de plus grandes dimensions ayant un diamètre extérieur de l'ordre de 10 cm ou pour des tores de forme oblongue, il peut être nécessaire d'utiliser un support de l'enroulement pendant le traitement thermique, pour conserver sa forme. Un tel support peut être constitué par un tube en contact avec le diamètre intérieur de l'enroulement ou par un mandrin démontable, en acier inoxydable amagnétique ou en matière céra mique réfractaire, de manière à pouvoir exercer un champ magnétique
transverse sur l'enroulement du tore pendant le traitement thermique.
Dans certains cas, en particulier pour des petits tores ayant des en roulements de faible épaisseur, par exemple dune épaisseur inférieure à 2 mm, les tores peuvent comporter une frette annulaire sur laquelle l'enroule
ment du ruban de matériau nanocristallin est serré à sa partie centrale.
L'alliage de l'enroulement, sous forme nanocristalline, à l'issue du trai tement thermique, est très fragile et donc difficilement manipulable. Pour conserver pleinement les performances du tore, il est nécessaire de l'enfer mer dans un bo^tier sans lui faire subir de contraintes. Généralement, on cale l'enroulement du tore à l'intérieur du botier par une rondelle de mousse ou on le fixe par quelques points de colle d'une nature appropriée, sur le fond du botier, de sorte que l'enroulement soit moins sensible aux vibra tions. Le botier généralement réalisé en matière plastique assure égale ment la protection d'un fil de cuivre émaillé qui est bobiné sur le tore magné tique, lors de la fabrication du composant (par exemple un transformateur)
pour réaliser i'enroulement secondaire du composant.
- On a proposé également différentes techniques de revêtement du tore de manière à assurer la protection du fil émaillé enroulé sur le tore. De telles techniques de revêtement abaissent cependant les performances du
tore magnétique utilisé comme noyau.
Le but de l'invention est donc de proposer un tore magnétique nano cristallin comportant une bande en matériau nanocristallin enroulée sur elle même sous la forme d'un enroulement présentant des spires superposses et serré à sa partie interne sur une frette annulaire et une enveloppe entourant l'enroulement et comportant une paroi de forme globalement torique, ce tore magnétique étant parfaitement protégé des contraintes exercées par un fil
enroulé sur le tore constituant un noyau métallique ou par le milieu extérieur.
Dans ce but, la paroi de l'enveloppe du tore est assemblée avec la frette qui constitue au moins une partie de la paroi périphérique interne de
l'enveloppe et un moyen de maintien de l'enroulement dans l'enveloppe.
La réalisation d'un tore magnétique nanocristallin selon l'invention est particulièrement bien adaptée au cas o l'enroulement du tore est réalisé sous forme mince, c'est-à-dire présente une épaisseur d'enroulement faible,
par exemple inférieure à 2 mm.
De préférence, I'enveloppe entourant l'enroulement est constituée par un bo^'tier en matière plastique réalisé en deux parties qui peuvent être as semblées entre elles et avec la frette solidaire de l'enroulement, de manière à constituer un bo^tier torique dont la paroi périphérique interne est consti
tuée par la frette solidaire de l'enroulement.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un tore magnétique nanocristallin suivant l'invention et une opération d'assemblage de ce tore magnétique. La figure 1 est une vue en coupe de l'enroulement et du botier du
tore magnétique suivant l'invention, avant son assemblage.
La figure 2 est une vue en coupe axiale du tore magnétique à l'état assemblé.
La figure 3 est une vue du détail 3 de la figure 1.
Sur la figure 1, on voit les différentes parties composant un tore ma ... gnétique suivant l'invention, pendant l'assemblage du tore magnétique, dé signé de manière générale par le repère 1. Le tore magnétique 1 est consti tué d'un enroulement 2 d'une bande en matériau magnétique nanocristallin de forme torique à spires superposées rendu solidaire par serrage d'une frette annulaire 3 en contact avec la surface intérieure de l'enroulement tori que 2 et d'un botier 4 constituant, comme il est visible sur la figure 2, avec la frette 3, une enveloppe entourant complètement l'enroulement 2 en maté
riau nanocristallin.
Comme il est visible sur la figure 1, le botier 4 est constitué de deux demi-botiers 4a et 4b qui sont par exemple entièrement symétriques l'un de S l'autre par rapport à un plan médian du tore magnétique perpendiculaire à
l'axe 5 du tore.
Sur la figure 1, le tore magnétique 1 a été représenté pendant une étape intermédiaire d'assemblage, I'enroulement 2 solidaire de la frette 3
ayant été déposé à l'intérieur du demi-botier inférieur 4b.
Préalablement à cette étape d'assemblage, on a réalisé, par les éta pes habituelles qui seront rappelées brièvement ci-dessus, la fabrication de
l'enroulement 2 rendu solidaire par serrage de la frette 3.
L'enroulement 2 est obtenu à partir d'un ruban amorphe qui est en roulé sur une surface d'enroulement d'un mandrin constituée par la surface
extérieure de la frette 3 engagée sur le mandrin.
De manière à obtenir un enroulement 2 à spires parfaitement super posoes, pour éviter la formation d'entrefers, on utilise une frette 3 dont la largeur, dans la direction axiale, est légèrement inférieure à la largeur du ruban destiné à constituer l'enroulement du tore magnétique. Par exemple, dans le cas d'un enroulement 2 d'une hauteur de 10 mm, c'est-àdire obtenu par enroulement d'une bande de largeur 10 mm, la frette peut présenter une largeur dans la direction axiale de l'ordre de 9,5 mm. La frette 3 peut être constituée par une pièce annulaire ou par une portion de tube ou encore par - une bande enroulée sur le mandrin et soudée suivant ses bords d'extrémité
rapportés l'un contre l'autre.
Dans le cas d'un tore magnétique désigné par l'appeilation "20* 17* ", c'est-à-dire un tore comportant un enroulement dont le diamètre exté rieur est de 20 mm, le diamètre intérieure de 17 mm et la hauteur de 10 mm, la frette d'une largeur de 9,5 mm peut présenter une épaisseur de 0,3 mm environ. L'épaisseur de l'enroulement est de 1,5 mm. L'assemblage de la frette, lorsqu'elle est constituée par une bande enroulée, est réalisé par sou dage bout à bout des extrémités de la bande pour éviter les surépaisseurs,
le soudage étant réalisé de préférence par faisceau laser.
Une réalisation soignée de la frette permet d'obtenir des tolérances sur le diamètre de la frette de plus ou moins 0,1 mm, alors que les toléran ces sur le diamètre interne d'un enroulement tel qu'envisagé plus haut sont de plus ou moins 0,2 mm. La réduction de la dispersion des diamètres des s frettes des tores magnétiques de 0,2 mm à 0,1 mm permet de compenser en grande partie la place supplémentaire prise par la frette dans la direction
diamétrale des tores.
Après avoi r réal isé l'en rou lag e de la ba n de am o rphe su r la frette 3, avec une certaine tension réglée, on sépare la frette 3 et l'enroulement 2 du mandrin d'enroulement et on réalise le traitement thermique à 500 C de l'en
roulement 2 entourant la frette 3.
La frette 3 est réalisée généralement en un matériau amagnétique tel qu'un acier inoxydable ou une matière céramique réfractaire qui ne modifie
pas les propriétés magnétiques de l'enroulement 2.
Cependant, dans certains cas, on peut envisager l'utilisation d'une frette en matériau magnétique qui contribue aux propriétés magnétiques du tore. Après réalisation du traitement thermique de nanocristallisation et re froidissement de l'ensemble constitué par l'enroulement 2 et la frette 3, on effectue l'opération d'assemblage comme représenté en particulier sur les figures. On réalise la fabrication, par exemple par moulage sous pression, de deux demi-bo^tiers 4a et 4b en matière plastique ayant la forme d'une por
tion de surface torique à section méridienne rectangulaire.
Chacun des demi-botiers 4a et 4b comporte une paroi externe cylin drique (6a, dans le cas du demi-botier 4a et 6b, dans le cas du demi-botier 4b), une paroi plane annulaire 7a (ou 7b) perpendiculaire à la paroi externe 6a et un rebord 8a (ou 3b) en retour vers l'intérieur du botier et sensible ment parallèle à la paroi externe. Le rebord interne des demi- botiers (par exemple le rebord 8b du demi-botier 4b représenté sur la figure 3) présente, dans son épaisseur, un décrochement annulaire 9b délimité par une paroi de guidage vers l'intérieur du rebord du demi- botier et dont la largeur, dans la direction radiale, est légèrement supérieure à l'épaisseur de la frette 3 solidaire de l'enroulement 2 du tore. La paroi de guidage constituant l'extré mité supérieure du rebord 8b comporte une surface tronconique inclinée
vers l'intérieur du demi-botier correspondant.
Le demi-botier supérieur 4a présente une forme symétrique de celle du demi-boîtier inférieur 4b, par rapport à un plan médian de symétrie du
tore perpendiculaire à l'axe 5.
Le montage et l'engagement de l'enroulement 2 solidaire de la frette 3 sont réalisés avec un parfait guidage du fait de la présence vers l'intérieur du
demi-bo^tier 4b de la paroi de guidage du rebord 8b.
La partie inférieure de l'enroulement 2 vient se placer dans le fond du demi-bortier 4b et la frette 3 qui est légèrement en retrait dans la direction axiale par rapport à la surface d'extrémité de l'enroulement 2 vient s'engager
dans le décrochement 9b du rebord 8b.
On engage alors le demi-bo^'tier supérieur 4a sur la partie supérieure de l'enroulement et de la frette en saillie au-dessus du plan d'assemblage du demi-botier 4b. La partie d'extrémité supérieure de la frette 3 vient se posi tionner à l'intérieur du décrochement 9a du rebord 8a du demi- botier supé rieur 4a. La frette 3 est alors encastrée dans le botier 4 à ses extrémités axiales. Généralement, le jeu de montage entre l'enroulement 2 du tore et les fonds des demi-bo^tiers 4a et 4b est très faible (de 0,1 à 0,3 mm environ) et l'enroulement du tore est très léger. De ce fait, le maintien de l'enroulement
dans le botier peut être assuré entièrement par la frette 3.
Dans certains cas, cependant, pour réaliser le montage et l'assem blage du tore, on peut déposer, dans le fond du demi-botier inférieur 4b, sur la surface interne de la paroi annulaire 7b du demi-botier, une rondelle de mousse 10 ou quelques points de colle, avant d'engager l'enroulement 2 solidaire de la frette 3 dans le demi-botier, comme représenté sur les figures
1 et3.
On peut également placer préalablement, dans le fond du demi botier supérieur 4a, une rondelle de mousse destinée à venir en appui sur
la surface supérieure de l'enroulement 2.
On réalise l'assemblage des deux demi-bo^tiers, par exemple à l'aide d'une bande adhésive 11 fixée sur la surface extérieure de la paroi externe
6a, 6b des deux demi-bo^tiers.
Il serait possible également d'assembler les deux demi-bo^tiers 4a et 4b, en prévoyant, su r l es parties d'extrém ité de ces de ux demi-bo^tiers, des ..
moyens de cl i p page coopé rants.
Lorsque l'enroulement du tore magnétiqué est fixé à l'intérieur du bo-
tier, comme représenté sur la figure 2, la frette 3 introduite dans le décro chement annulaire des rebords 8a et 8b assure un maintien parfait de l'en
roulement 2 dans le botier 4.
La frette 3 constitue alors la paroi intérieure du botier en appui sur les
parois de guidage des rebords 8a et 8b des deux demi-bo^'tiers 4a et 4b.
L'assemblage des deux demi-botiers et de la frette constituant la pa roi interne du bo^tier 4 est réalisé de manière très précise, grâce à la très grande précision de réalisation de la frette 3 et des deux demi-botiers 4a et 4b. - Le tore magnétique sỉvant l'invention présente l'avantage d'avoir un encombrement limité et optimisé, du fait que la frette 3 est intégrée au moins partiellement dans l'épaisseur de la paroi du botier et constitue une partie
de cette paroi vers l'intérieur de l'enveloppe torique.
D'autre pa rt, I 'envelop pe entou rant l'e n rou le ment d u tore con stituée par les deux demi-bo^tiers et la frette assure une très bonne protection du tore vis-à-vis d'un fil d'un bobinage enroulé sur la surface extérieure du tore
pour constituer un transformateur.
On a pu fabriquer, selon l'invention, des tores magnétiques compor tant des frettes et montés dans des bo^'tiers qui permettent d'atteindre toutes . Ies performances magnétiques habituellement requises et qui présentent
une très bonne résistance aux contraintes externes.
L'invention ne se limite pas strictement au mode de réalisation qui a
été décrit.
L'enveloppe du tore peut être réalisée sous une forme différente d'un
bo^'tier constitué de deux demi-bo^'tiers.
L'invention s'applique à tout tore magnétique en matériau nanocristal lin.
Claims (7)
1.- Tore magnétique nanocristallin comportant une bande en matériau nanocristallin enroulée sur elle-même sous la forme d'un enroulement (2) présentant des spires superposées et serré, à sa partie interne, sur une frette annulaire (3), et une enveloppe (4) entourant 1'enroulement (2) et com portant une paroi de forme globalement torique, caractérisé par le fait que la paroi de l'enveloppe (4) est assemblée avec la frette (3) qui constitue au moins une partie de la paroi périphérique interne de l'enveloppe (4) et un
moyen de maintien de l'enroulement (2) du tore dans 1'enveloppe (4).
2.- Tore magnétique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enroulement en matériau nanocristallin présente une épaisseur de spi
res superposées inférieure à 2 mm.
3.- Tore magnétique suivant l'une quelconque des revendications 1 et
2, caractérisé par le fait que 1'enveloppe (4) entourant 1'enroulement (2) comporte un bo^tier de forme générale torique comprenant au moins deux demi-botiers (4a, 4b) assemblables de manière à encastrer la frette (3) à ses extrémités axiales entre deux décrochements (9a, 9b) de forme annu laire de rebords internes (8a, 8b) de la paroi des deux demi-bo^tiers (4a, 4b) et de façon que la frette (3) constitue une partie périphérique interne de la
paroi du botier (4).
4.- Tore magnétique suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que les rebords internes (8a, 8b) des deux demi-botiers (4a, 4b) compor tent, à leurs extrémités axiales, des parois de guidage de l'enroulement (2)
- et de la frette (3).
5.- Tore magnétique suivant l'une quelconque des revendications 3 et
4, caractérisé par le fait que les décrochements de forme annulaire (9a, 9b) des rebords internes (8a, 8b) des demi-bo^tiers (4a, 4b) présentent une lar
geur, dans la direction radiale, supérieure à une épaisseur de la frette (3).
6.- Tore magnétique suivant l'une quelconque des revendications 3 à
5, caractérisé par le fait que le jeu de montage entre 1'enroulement (2) et des
fonds des demi-botiers (4a, 4b) est d'environ 0,1 mm à 0,3 mm.
7.- Tore magnétique suivant l'une quelconque des revendications 3 à
, caractérisé par le fait qu'il comporte, sur au moins une surface d'un fond de l'un des deux demi-botiers (4a, 4b) destinée à venir en contact avec une partie d'extrémité axiale de l'en rou le ment (2), au moins u ne rondel le de ca lage en mousse (10) ou une pluralité de points de collage de l'enroulement
(2) dans le demi-bo^tier (4a, 4b).
S 8.- Tore magnétique suivant l'une quelconque des revendications 1 à
7, caractérisé par le fait que la frette (3) présente une largeur, dans la direc tion axiale du tore magnétique (1), inférieure à la largeur de la bande en ma tériau nanocristallin de l'enroulement (2) dont la hauteur, dans la direction
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| US3099074A (en) * | 1955-11-28 | 1963-07-30 | Superior Electric Co | Transformer coil construction |
| EP0677856A1 (fr) * | 1990-09-28 | 1995-10-18 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Récipient de stockage d'un noyau magnétique annulaire |
| EP0524087A1 (fr) * | 1991-07-18 | 1993-01-20 | Mecagis | Dispositif d'amortissement mécanique d'un tore magnétique dans un boîtier |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2835646B1 (fr) | 2004-05-07 |
| EP1335391A1 (fr) | 2003-08-13 |
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