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Bobine pour haute fréquence .
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Le développement des radio-transmïasions et l'aaoroisse- ment du nombre de postes émottiurs qui en est la aonséquenoe, ont conduit à accorder une plus'grande importance aux qualités
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de sélectivité des appareils radio-récepteus. Pour obtenir une bonne sélectivité, il est absolument nécessdire d'utiliser des circuits oscillants à faibles pertes. L'emploi de bobines de haute qualité à fils tressés, dans les appareils réoepteurs modernes, était rendu diffioile du fait de leurs dimensions et de leur prix de revient élevés, mais surtout par la néoessi- té de former écran contre les champs de dispersion, cette mesure entraînant régulièrement un accroissement de l'amortissement si l'on ne voulait atteindre des dimensions exagérées.
Ce dilemme ne comporte pas de solution de principe et le teohni- cien n'avait d'autre ressource que d'utiliser, soit de grandes bobines à faibles pertes, soit de petites bobines à pertes élevées. Une solution de prinoipe semblait pouvoir être trou- vée dans l'emploi de noyaux magnétiques tels que oeux utilisés pour la construction des bobines dites de pupinisation, mais malgré les nombreux essais tentés pour appliquer l'expérience acquise dans ce dernier.domaine à celui de la radio qui tra- vaille aveo des fréquences environ mille fois plus grandes, on @ n'avait pu obtenir encore de résultats satisfaisants.
Ce n'est que grâce aux travaux--du demandeur que l'on a pu réaliser tout récemment des noyaux magnétiques convenant déjà. assez bien pour les emplois de haute fréquence, en particulier pour la fabrication d'éléments constructifs pour radio-réoepteurs. Mais à l'emploi de telles bobines dans oes appareils s'opposaient encore leur enoombrement toujours notable, leur fabrication délicate et coûteuse, le poids élevé de leur noyau, et leurs pertes encore trop élevées. A oela venaient s'ajouter des pertes/ qui, d'après les recherches les plus récentes, étaient oonditionnées par la forme des bobines et par leur réalisation constructive; on utilisait en effet des bobines toroidales d'environ 5 om de diamètre comme celles
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couramment employées pour la pupinisation.
La présente invention résoud le problème d'une bobine à noyau magnétique oonvenant à tout point de vue pour la construction d'appareils radio-récepteur et couvrant la région des ondes de radio-diffusion de 200 à 600 mètres, ainsi que bien entendu la région des grandes ondes.
L'invention est basée : a) sur la connaisance des conditions devant être rigoureu- sement remplies pour maintenir à une faible valeur les pertes spécifiques de haute fréquence dans un noyau magnétique pour la plage de fréquence sus-mentionnée (certaines de ces oondi- tions sont connues en partie); b) sur la oonnaissanoe des conditions à remplir en vue de la réalisation oonstruotive d'une bobine à haute fréquence avec noyau magnétique et à faibles pertes;
c) enfin sur la connaissance du fait que seule une oom- binaison des caractéristiques mentionnées sous a) et b) - c'est- à-dire une matière réalisée dans les conditions voulues ou une construction garantissant les pertes faibles - est susoep- tible de garantir une solution définitive et utilisable en pratique du problème des bobines à haute fréquence à faibles pertes avec noyau magnétique.
Pour la plage de fréquence de 500 à 1500 kilooyoles, on réussit à fabriquer une matière à faibles pertes pour les noyaux si pour la constitution de ces derniers les conditions ci-après sont entièrement remplies : 1 ) emploi de particules magnétiques en une matière @ (fer pur, fer oarbonyle, ferrosilioium, et alliages de ferronickel) dont l'hystérésis et les pertes par oourant de Foucault n'ont qu'une très faible valeur surtout pour des fux peu importants.
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2 ) le volume des partioules doit:être de 0,5 10-7 à 0,6 . 10-4 mm3 et leur forme doit préférablement être celle de petites sphérules ou de particules à angles arrondis .
Si les partioules sont trop grosses. les pertes augmentent par suite des courants de Fouoault dans chacun d'eux.
Si les particules sont trop petites, la perméabilité diminue, de sorte qu'il est nécessaire d'employer davantage de spires de cuivre, ce qui, à son tour, augmente les pertes dans le cuivre. Pour la plage de fréquence mentionnée, les volumes oi-dessus constituent des optima. Pour obtenir les particules de la petitesse'nécessaire et de la forme arrondie, on les fabrique, soit mécaniquement, par broyage et en -les arrondissant dans un broyeur à billes par exemple, soit chimiquement par précipitation, par séparation en phases gazeuses (fer carbonyle), par réduction des oxydes, ou bien encore suivant le procédé spécial de fusion récemment mis au point par de demandeur .
30) isolement individuel des particules au moyen d'une pellicule isolante résistante, mais extrêment mince obtenue par exemple par oxydation.
Cet isolement des partioules peut s'effectuer comme dans la technique des bobines de pupinisation par oxydation, par grillage, par émaillage, par attaque aux acides, par laquage etc. L'èpaissur de la pellioule isolante est limitée vers le haut par la diminution du facteur de remplissage en matière magnétique, et vers le bas par la condition que lors des efforts mécaniques prenant naissance pendant la superposi- tion, cette pellicule doit rester en contact et conserver son effet isolant. Souvent il suffit, surtout dane le cas du fer désintégré mécaniquement, d'utiliser des couches isolantes qui se forment dans ce procédé autour de chaque particule par suite de l'adjonction pendant le broyage de résine, d'huile ou ana-
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logue destinées à faire perdre oes propriétés pyrophores à oettre poudre fine.
Lors des transformations ultérieures, il faut évidemment veiller à oe que le liant au moyen duquel différentes parti- oules sont assemblées pour former des corps mécaniquement ri- gides ne risque de dissoudre chimiquement oette couche iso- lante. L'isolement des différentes particules devra donc être réalisé très généralement parlant au moyen de substances qui ne soient attaquées par le liant proprement dit ni chimique- ment, ni au point de vue physique, par exemple lors d'une aug- mentation de température. Ily a d'autre part lieu de tenir compte du fait que la couche isolante recouvrant chaque parti- oule présente un très faible coefficient de friction de sorte que la superposition très rapprochée des 'particules décrite plus loin sous 4) peut se produire facilement.
On a constaté qu'il était particulièrement avantageux de produire l'isolement des particules par oxydation dans une atmosphère oxygénée dans un four à tambour tournant et sous des températures de 300 à 400 . Dans ce procédé, comme dans tous les autres utilisant la chaleur, il y a lieu de veiller tout particulièrement à oe que le réchauffage des partioules ne s'effectue pas brusquement, mais très progressivement. Dans le procédé continu, il faut tenir oompte de ce fait par une oon- struction appropriée du four à tambour tournant, sinon, la poudre s'allume d'elle-même. Il faut par exemple laisser s'é- couler environ dix minutes en maintenant une agitation constante avant que la poudre ne puisse être portée de la température am- biante à 3000 environ .
@ Les particules peuvent également être revêtues, après coup, d'une mince pellicule d'huile, à moins que celle-ci n'ait déjà été réalisée.en cours de fabrication. L'application de la
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pellicule d'huile s'effectue en dissolvant l'huile généralement très visqueuse clans un hydrooarbure très fluide, par exemple, dans de l'essence, pour en humecter ensuite les particules de fer. On évite ainsi que la matière ne s'agglomère en formant des grumeaux, ce qui serait préjudiciable aux transforma%ions, ultérieures, par exemple, à celles qui oonsistent à faire adhérer la couche d'huile par échauffement.
4 ) cohésion étroite des particules isolées sans risque d'endommager la pellicule isolante, obtenue au moyen d'une matière isolante diélectrique à faibles pertes, très vis- queuse, et résistant à la/chaleur.
Alors que dans la fabrication de noyaux de bobines de pupinisation, on utilise presque sans exception des pressions élevées pour accroître la solidité mécanique du mélange (particules de fer et liant, poudre de gomme-laque par exemple) et pour obtenir une plus grande perméabilité, ce procédé ne peut entrer en ligne de compte pour la fabrication de noyaux magnétiques pour haute fréquence. En effet, l'emploi de pressions élevées provoquerait la perforation de la pelli- cule isolante de chacune des particules en créant ainsi des chemins pour les courants de Foucault qui augmenteraient considérablement les pertes. Conformément à l'invention, on utilise au moyen différent en disposant les particules isolée individuellement très près l'une de l'autre, mais sans pression respectivent sous l'application de pressions très modérées.
Ce résultat peut être obtenu en formant des pâtes avec les particules isolées introduites dans des matières isolantes li- quides à chaud ou encore très fluides à grande viscosité et se solidifiant par évaporation du solvant (par exemple so- lutions de nitrooellulose, de colophane, de résines, on analogue, ou encore des hydrocarbures réoemment introduits sur le marché sous le nom de "TROLITUL") le mélange étant
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alors moulé .
Un autre procédé est également très avantageux surtout dans le cas de particules irrégulières comme celles obtenues par broyage mécanique. D'après ce procédé les particules isolées introduites dans un moule sont rapproohées le plus possible en'les secouant, frappant, eto. (le cas échéan en employant des pressions mécaniques faibles) le moule étant ensuite rempli de matières isolantes dissoutes dans des solvants volatils ou se liquéfiant sous l'influence de la chaleur et destinées à remplir les intervalles. En plus des matières isolantes déjà mentionnées, on peut encore utiliser @ pour ce dernier procédé des isolants devenant très liquides sous l'influence de la chaleur, en particulier la paraffine, la oérésine ou analogue.
Pour tenir oompte de la résistance à la chaleur de la pièce terminée, il y a lieu de faire choix à cet effet de matière dont le point de fusion est situé entre 60 et 100 environ ou au-dessus .
L'application des mesures ci-dessus permet de réaliser en partant de poudres, des dimensions déjà mentionnées, et en conservant un parfait isolement de chaque particule, des corps constituée par des mélanges dont la perméabilité peut aller @ jusqu'à 18. Une perméabilité de 5 à 18 a prouvée la plus favorable, le mot "perméabilité" signifiant la valeur sur le noyau toroidal que l'on a trouvé en calculant selon la formule suivante
L . le a 4 n 2 qe dans laquelle: - @ n perméabilité
L= self-induction en oms. n = 'nombre des spires qe = sections en fer en oms2 le = 'trajet moyen des lignede force en oms.
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La matière isolante agglomérant les particules est égle- ment d'importance considérable pour l'absence de pertes dans @ ces noyaux. En effet, le noyau constitué de particules isolées séparées forme en quelque sorte un organe dans lequel d'innom- brables conducteurs électriques (les partioules) sont montées en série oapaoitivement (il en est ansi en particulier pour les chemins suivis par les oourants de Fouoault). Si la matière isolante occupant l'espace xxxt entre les particules présente des pertes diéleotriques élevées, celles-ci apparat- tront évidemment dans les pertes totales ; réussit à leur conserver une valeur réduite si l'on utilise à cet effet comme liant les matières isolantes mentionnées plus haut.
On obtient une diminution très notable de ces pertes diélectriques dans le noyau magnétique, surtout si l'on utilise la matière isolante déjà citée, dénommée TTROLITUL" présentant un angle de pertes de tg- 0,0002, et une constante diélectrique de 2,5. On a déjà dit que' ces moyens d'enrobage ne doivent attaquer la pellicule isolante ni à la température ambiance, ni à la température d'enrobage; par ailleurs, ces substances ne doivent pas varier de volume ultérieurement puisque dans ce cas les distanoes entre particules, et de oe fait la per- méabilité varieraient également. lorsqu'on utilise des solu- tions de nitrooellulose à haute visoosité qui ont donné des résultats particulièrement satisfaisants, on constate qu'il se produit à la longue un séchage complémentaire qui entraîne un rétrécissement.
Un traitement à chaud pendant plusieurs jours du noyau réalisé à l'aide de ce produit (par exemple pendant 48 heures à 70 à 80 ) aasure un séchage intégral dé- finitif et par conséquent une stabilité absolue de la pièce .
En partant des particules magnétiques obtenues par les procédés ci-dessus, on peut aussi réaliser un noyau d'aimant
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à faibles pertes en procédant de la manière suivante:- on ajoute aux particules magnétiques isolées un liant constitué par exemple par de l'essence avec une faible solution de glucose. Après séchage, les particules sont légèrement com- primées dans un moule, la pression utilisée devant être suffi- samment réduite pour que la pellicule isolante des particules ne soit pas percée; cette pression oritique peut être contrôlée et réglée très exactement en mesurant les pertes en haute fré- quenoe.
Le noyau ainsi réalisé présente une solidité mécanique déterminée, suffisante pour permettre l'introduction du noyau dans un iaolant liquide qui se'solidifie ensuite à sa surface v. en lui donnant ainsi la cohésion définitive .
Au lieu d'employer oes différentes méthodes pour la fabri- cation du noyau, on peut aussi prooéder de telle sorte que les différentes spires sont introduites dans une enveloppe ou encore disposées en faisceaux et entourées d'un moyen isolant.
Le corps ainsi constitué est alors reoouvert d'une émulsion de fer obtenue suivant les procédés ci-dessus en l'y trempant par exemple. ON peut aussi introduire le bobinage dans une petite enveloppe en matière isolante qui l'entoure complètement et en remplissant ensuite avec 1'émulsion ferreuse les inter- ' valles présentant les dimensions appropriées .
Il n'est possible d'obtenir une bobine à pertes suffi- samment faibles et utilisable en pratique, en partant d'une étoile substance que xxxx si, pour la réalisation de cette bobine, les conditions ci-après se trouvent toutes entièrement remplies :
1 ) le noyau magnétique (conducteur magnétique) doit entourer-,le bobinage (conducteur électrique) suivant le chemin le plus court.-.,
Au début on fabriquait des bobines toroidales qui, en rai-
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son de leur mode de bobinage particulier comportaient un trèe long trajet dans le fer. Or, on a constaté qu'en haute fré- quence, la longueur du trajet dans le fer ou encore le trajet dans le fer et la section du fer est particulièrement critique.
Plus le trajet dans le fer est long, à section de fer égale, plus il faut de spires pour obtenir une valeur de self-induotion déterminée; les pertes dans le cuivre augmentant, mais en même temps augmentent les pertes dans le fer qui sont à peu près proportionnelles au volume du noyau. Si pour les courants in- dustriels la condition est : maximum de fer, minimum de cuivre, cette condition sera pour des bobines de haute fréquence pour récepteurs : minimum de fer, minimum de cuivre.
La différence fondamentale des conditions que l'on rencontre dans les courants industriels et de oelles des bobinages à haute fréquence, réside dans le fait qu'en courants industriels (transforma- teurs par exemple) les dimensions et les sections sont déter- minées par la charge à supporter et par l'échauffement ad- missible pour la charge maxima tandis qu'elles sont surtout déterminées, dans les bobinages d'accord pour récepteurs, par les pertes dues à leurs effets parasites, inductifs et capacitifs, extrêmement élevés, alors qu'il n'y a pas à en- visager de charges par des intensités de champ notables, ni d'échauffement. La matière magnétique est chargée bien en-des- sous de la limite de saturation.
Grâce à l'emploi des substances magnétiques ci-dessus décrites, et de bobinages de formes appro- priées, il a été possible de pousser toujours plus loin la ré- duction des dimensions des bobinages, extrêmement désirable pour la construction des récepteurs, et en raison du prix re- lativement élevé de la matière magnétique, tout en obtenant simultanément une amélioration des qualités électriques de la
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bobine au lieu de la diminution attendue de ces qualités .La limite inférieure pour cette réduction n'est conditionnée que par les opérations de fabrication et par l'espace de bobinage minimum.
L'espace de bobinage nécessaire pouvait encore être réduit par diminution du trajet dans le fer puisqu'aveo un trajet plus court, il faut moins de spires pour une valeur de self- induction déterminée. Or, oela constitue en même temps une réduction du prix de revient puisqu'il faut moins de fil tressé.
Le fait qu'avec une substance magnétique et une forme de bobinage appropriées, une réduction constante de la longueur du trajet dans le fer permet,¯de combiner une diminution du nombre de spires et du diamètre d'enroulement, et par là même @ la diminution des dimensions et du prix de la bobine avec 1' amélioration également demandée des qualités électriques, oon- stitue une caractéristique essentielle de l'invention. Ce fait est d'ailleurs en contradiction avec l'opinion oourante d'après laquelle les dimensions et les qualité. de la bobine augmentent parallèlement.
La forme appropriée à la réalisation de oes conditions est celle d'une bobine à enveloppement dans laquelle l'enroulement est disposé sur la branche médiane d'un noyau en- veloppant à trois branches, ou encore un bobinage "en cuvette" dans lequel le noyau magnétique entoure le bobinage annulaire ou cylindrique par un anneau ou tore creux. La bobine est pré- férablement constituée par un petit enroulement de fil tressé de 1 à 2 cm de diamètre, de Oj5 à 1,5 cam de hauteur, le noyau magnétique présentant une section d'environ 0,4 à 1,5 cm2 dans le sens du flux.
20) le bobinage constituéen fil tressé doit présenter un subdivision particulièrement poussée en raison de l'accu- mulation très forte du cuivre sur un espace très réduit.
On a constaté que des fils tressés composés de 20 à 40 conducteurs isolés et toronnés de 0,04 à 0,07 mm de diamètre,
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convenaient tout particulièrement. Pour obtenir la self-induction nécessaire d'environ 200.000 cm, il faut 60 à 70 spires pour une perméabilité de 12 d'une section de fer de 1,5 cm2 et un trajet dans le fer de 5 om environ .
3 ) Le bobinage doit être disposé à une certaine distanoe (environ 1 mm) du noyau magnétique, et le support de bobinage doit être réalisé en une matière à pertes diélectriques relative- ment faibles par suite des champs de haute fréquenoe électro- statiques très concentrés .
Pour cette même raison, tous les éléments oonstruotifs de la bobine qui ne sont pas des conducteurs magnétiques ou électriques, devront présenter de faibles pertes diélectriques et une conductibilité diélectrique extrêmement réduite .
On a constaté que les éléments constructifs habituels fabriqués à l'aide des produits de condensation du phénol et du formaldéhyde et des matières moulées dites bakélite ne conviennent pas pour donner des bobines exemptes de pertes.
L'hydrocarbure plastique"TRCLITUL" déjà mentionné convien- drait bien mieux et possède de plus la propriété de se li- quéfier à chaud et d'être ainsi moulable. L'emploi de oette matière a par exemple permis de réduire de 8 à 10 % les pertes totales d'une bobine .
4 ) Le flux magnétique doit le plus possible passer dans le noyau avec un faible flux de dispersion dans l'air pour ob- tenir une résistance magnétique et un champ de dispersion plus faibles. Le bobinage "en cuvette" dans lequel le noyau d'aimant > entoure entièrement l'enroulement cylindrique que par un tore creux se rapproche le plus de cette oondition, mais le bo- binage enveloppé dans lequel 90;o environ du flux passe dans le' noyau est parfaitement utilisable dans de nombreux cas pour des raisons de fabrication plus commode .
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Les caractéristiques mentionnées plus haut permettant la construction de bobinages de bonne qualité, sont en partie exposées dans la littérature. Mais ce n'est que la combinai- son de ces deux groupes de caractéristiques qui a permis la ré- ussite pratique définitive, savoir la fabrication d'un bobinage de haute fréquence correctement construit pour laquelle on ne pouvait utiliser, pour les raisons données ci-dessus, et par suite de la faible perméabilité et des effets parasites, ca- paoitifs et inductifs importants, les prinoipes employés pour la construction de transformateurs à basse fréquence, en part- ant d'une substance fabriqués 'd'après les caractéristiques bien ,,le déterminées, partiellement connues en soi, mais dont la com- binaison est nouvelle .
Un bobinage réalisé en tenant compte de tout de qui précède h'exige pour une même tension de ré- sonanoe (mesurée au milieu de la plage) que le dixième du vo- lume et dans la plupart des cas le cinquantième du volume d' une bobine à fil tressé de même valeur sans noyau magnétique, étant admis qu'on entend par volume l'enoombrement pratique de la bobine munie de son écran et en y oomprenant le ohamp de dispersion. Cette caractéristique doit égelement servir de critérium pour le progrès technique et inventif obtenu par la combinaison ci-dessus.
On peut en déduire l'importance d' une telle bobine poux la construction d'appareils radioréoep- teurs; en effet, une telle bobine dont les dimensions varient entre celles d'une noisette et celles d'une noix, et qui ne présente pratiquement pas de champ de dispersion, peut être montée sur l'embase de l'appareil en un point quelconque et fixée de la manière la plus simple. L'emploi de oes bobines apporte donc une simplication considérable à la construction des appamils radio-récepteurs, avec une sélectivité et une
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tension de résonance accrues.
Alors qu'au point de vue purement physique, une telle bobine miniature à faible amollissement et à faible champ de dispersion constitue déjà un progrès notable, l'introdu- tion pratique de ces bobines dans l'industrie des radio-oommu- nications est encore favorisée du fait que les exigences pra- tiques ci-après se trouvent satisfaites
La valeur de la self-induction est facilement réglable lors du montage, et même ultérieurement, et oette valeur une fois règlée est constante entxe des limites très étroites indé- pendamment de tout facteur de durée, de climat, de température, 'et d'influence hygrométrique . Dans les bobines toroidales et à air, par contre, la self-induction ne peut, du fait que les enroulements sont situés à l'extérieur, être réglée qu' une seule fois,
lors du montage, et en s'aidant de dispositifs particuliers. Par ailleurs, il ne faut qu'une fraction de la quantité de la matière magnétique coûteuse nécessaire pour les bobines toroidales (15 grammes environ au lieu de 60) ; il faut moins de fil. La bobine peut être faite sur des bo- bineuses normales sous forme d'enroulements miniature à grand nombre de couches, et constitue, après bobinage, un organe constructif particulier. La bobine est facile à fixer et n' exige dans la plupart des cas de boitier formant écruant. Le prix de revient d'une bobine conforme à l'invention n'est qu'une fraction de celui de bobines équivalentes d'autres types .
Les fig. 1 et 2 du dessin annexé permettent de mieux se rendre compte du progrès technique réalisé grâce à la présente invention. La fige 1 montre une bobine à air aveo écran du type habituel dont quatre à six sont nécessaires dans un réoepteur moderne à plusieurs circuits. La fig. 2 montre à titre d'exemple une forme d'exécution d'une bobine à haute fréquenoe réalisée
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conformément 1 l'invention. Les deux bobines présentent les mêmes valeurs de self-induction (environ 200.000 cm) et les mêmes décréments logarithmiques d'amollissement (pour 1000 kilocycles : = 0,024). Dans la bobine suivant fig. 1, l'enroulement 1 reposant sur un support 2 est entouré par un boîtier 4 fermé par un fond 3 ; on sait que le boîtier a pour effet d'aooroitre l'amortissement.
Dans une bobine à haute fréquenoe, telle que celle de la fig. 2 réalisée conformément à l'invention, il ne peut y avoir d'aooroissement de l'amortissement dû à un écran, l'enroulement 1 étant disposé dans, ou entouré par la matière magnétique 5. La comperaison de ces deux bobinages représentés en grandeur d'exécution fait parfaitement voir @ le progrès considérable réalisé grâce à la présente invention.
Les fig. 3 à 6 montrent, à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'invention. La fig. 3 montre en coupe une bobine selon la présente invention à noyau rectangulaire.
La bobine oonsiste du noyau en deux pièces 1,2, l'enroulement 4 et le corps de bobine 3 en matière isolante qui est subdi- visée en trois chambres et séparée du noyau par l'enroulement.
L'intervalle entre la bobine et l'enroulement doit être d' environ 1 mm . La fig. 4 montre la même bobine en plan et @ partiellement en coupe. La fig. 5 montre une forme similaire de bobine, le noyau étant cependant construit comme un cylindre creux qui renferme la bobine sur tous les côtés. L'enroulement 9 est disposé sur le oopps de bobine 8 qui de sa part est disposé dans une dépression des deux pièces 6 et 7 du noyau. La figo 6 montre cette bobine en plan.La fente d'air. 5 dans la fig. 3 et 10 dans la fig. 5 peut être variable en vue du réglage de la self-induction. Les bobines montrées dans les fig. 3 à 6 sont dessinées en double agrandissement et en réalités elles ne sont pas plus grandes que la bobine suivant la fig. 2.
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Coil for high frequency.
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The development of radio transmissions and the reduction in the number of emitting stations which is the result of this have led to the granting of greater importance to the qualities.
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selectivity of radio-receiver devices. To obtain good selectivity, it is absolutely necessary to use low-loss oscillating circuits. The use of high quality coils with braided threads, in modern receiver devices, was made difficult because of their dimensions and their high cost price, but above all by the need to form a screen against the scattering fields, this measure regularly resulting in an increase in damping if one does not want to reach exaggerated dimensions.
This dilemma does not contain a solution in principle and the technician had no other resource than to use either large low-loss coils or small high-loss coils. A basic solution seemed to be able to be found in the use of magnetic cores such as those used for the construction of the so-called pupinisation coils, but despite the numerous attempts made to apply the experience acquired in this field to that of since the radio operates at frequencies about a thousand times greater, no satisfactory results have yet been obtained.
It is only thanks to the work of the applicant that it has been possible very recently to produce magnetic cores which are already suitable. good enough for high frequency uses, in particular for the manufacture of structural elements for radio-reptors. But the use of such coils in these devices was still opposed by their always significant enoombrement, their delicate and expensive manufacture, the high weight of their core, and their losses still too high. To this were added losses / which, according to the most recent research, were conditioned by the shape of the coils and by their constructive construction; toroidal coils of about 5 om in diameter were used like those
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commonly used for pupinization.
The present invention solves the problem of a coil with a magnetic core which is suitable in all respects for the construction of radio-receiver apparatus and covers the region of radio-broadcasting waves from 200 to 600 meters, as well as of course the region. big waves.
The invention is based: a) on the knowledge of the conditions which must be rigorously fulfilled in order to keep the specific high frequency losses in a magnetic core at a low value for the above-mentioned frequency range (some of these conditions are known in part); b) on the knowledge of the conditions to be fulfilled in view of the constructive realization of a high frequency coil with magnetic core and low losses;
c) finally on the knowledge that only a combination of the characteristics mentioned under a) and b) - that is to say a material produced under the desired conditions or a construction guaranteeing low losses - is possible to guarantee a definitive solution that can be used in practice to the problem of low-loss high-frequency coils with a magnetic core.
For the frequency range of 500 to 1500 kiloyoles, it is possible to manufacture a material with low losses for the nuclei if, for the constitution of the latter, the following conditions are fully met: 1) use of magnetic particles of a material @ ( pure iron, arbonyl iron, ferrosilioium, and ferronickel alloys) whose hysteresis and eddy current losses have only a very low value, especially for low fuxes.
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2) the volume of the particles must: be 0.5 10-7 to 0.6. 10-4 mm3 and their shape should preferably be that of small spherules or particles with rounded angles.
If the particles are too big. losses increase as a result of Fouoault currents in each of them.
If the particles are too small, the permeability decreases, so it is necessary to employ more turns of copper, which in turn increases the losses in the copper. For the frequency range mentioned, the above volumes are optima. To obtain the particles of the necessary smallness and of the rounded shape, they are manufactured, either mechanically, by grinding and rounding them in a ball mill, for example, or chemically by precipitation, by separation into gaseous phases (carbonyl iron ), by reduction of oxides, or even according to the special melting process recently developed by the applicant.
30) individual isolation of the particles by means of a strong insulating film, but extremely thin obtained for example by oxidation.
This isolation of the particles can be carried out as in the technique of pupinisation coils by oxidation, by roasting, by enamelling, by acid attack, by lacquering, etc. The thickness of the insulating film is limited upwards by the reduction in the filling factor of magnetic material, and downwards by the condition that during the mechanical forces arising during the superposition, this film must remain in contact and retain its insulating effect. Often it is sufficient, especially in the case of mechanically disintegrated iron, to use insulating layers which form in this process around each particle as a result of the addition during grinding of resin, oil or ana-
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Logue intended to lose its pyrophoric properties to oist fine powder.
In subsequent processing, care must obviously be taken to ensure that the binder by means of which different particles are joined to form mechanically rigid bodies does not risk chemically dissolving this insulating layer. The isolation of the various particles will therefore have to be carried out very generally speaking by means of substances which are not attacked by the binder proper neither chemically nor from a physical point of view, for example during an increase in temperature. On the other hand, it should be taken into account that the insulating layer covering each part has a very low coefficient of friction so that the very close superposition of the particles described below under 4) can easily occur.
It has been found to be particularly advantageous to produce the isolation of particles by oxidation in an oxygenated atmosphere in a rotary drum furnace and at temperatures of 300 to 400. In this process, as in all others using heat, particular care should be taken to ensure that the reheating of the particles does not take place suddenly, but very gradually. In the continuous process, this fact must be taken into account by a suitable construction of the rotary drum furnace, otherwise the powder will ignite by itself. For example, it is necessary to allow about ten minutes to elapse while maintaining constant agitation before the powder can be brought from room temperature to about 3000.
@ The particles can also be coated with a thin film of oil afterwards, unless this has already been done during manufacture. The application of
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Oil filming is effected by dissolving the generally very viscous oil in a very fluid hydroarbon, for example, in gasoline, and then moistening the iron particles. This prevents the material from agglomerating, forming lumps, which would be detrimental to the transformations, subsequent, for example, to those which oonsistent in making the oil layer adhere by heating.
4) close cohesion of the insulated particles without the risk of damaging the insulating film, obtained by means of a low loss dielectric insulating material which is very viscous and resistant to heat.
While in the manufacture of pupinizing coil cores, almost without exception, high pressures are used to increase the mechanical strength of the mixture (iron particles and binder, shellac powder for example) and to obtain greater permeability, this process cannot be taken into account for the manufacture of magnetic cores for high frequency. In fact, the use of high pressures would cause perforation of the insulating film of each of the particles, thus creating paths for eddy currents which would considerably increase the losses. According to the invention, different means are used by placing the isolated particles individually very close to each other, but without pressure respectively under the application of very moderate pressures.
This result can be obtained by forming pastes with the isolated particles introduced into liquid insulating materials when hot or else very fluid with high viscosity and solidifying by evaporation of the solvent (for example solutions of nitrooellulose, rosin, resins, one analog, or even hydrocarbons reoemment introduced on the market under the name of "TROLITUL") the mixture being
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then molded.
Another process is also very advantageous, especially in the case of irregular particles such as those obtained by mechanical grinding. According to this process, the isolated particles introduced into a mold are brought together as close as possible by shaking, hitting, eto. (if necessary by using low mechanical pressures) the mold then being filled with insulating materials dissolved in volatile solvents or liquefying under the influence of heat and intended to fill the gaps. In addition to the insulating materials already mentioned, it is also possible to use for the latter process insulators which become very liquid under the influence of heat, in particular paraffin, oesin or the like.
To take account of the heat resistance of the finished part, it is necessary to choose for this purpose a material whose melting point is between 60 and 100 approximately or above.
The application of the above measures makes it possible to produce, starting from powders, of the dimensions already mentioned, and while preserving a perfect isolation of each particle, bodies formed by mixtures whose permeability can go up to 18. A permeability from 5 to 18 proved the most favorable, the word "permeability" signifying the value on the toroidal nucleus which was found by calculating according to the following formula
L. le a 4 n 2 qe in which: - @ n permeability
L = self-induction in oms. n = 'number of turns qe = iron sections in oms2 the =' mean path of the force lines in oms.
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The insulating material agglomerating the particles is also of considerable importance for the absence of losses in these cores. In fact, the nucleus made up of separate isolated particles forms a sort of organ in which innumerable electrical conductors (the partisoules) are connected in series oapaoitively (this is particularly true for the paths followed by the Fouoault current. ). If the insulating material occupying the xxxt space between the particles exhibits high dieotric losses, these will obviously appear in the total losses; succeeds in keeping them a reduced value if one uses for this purpose as a binder the insulating materials mentioned above.
One obtains a very notable reduction of these dielectric losses in the magnetic core, especially if one uses the already mentioned insulating material, called TTROLITUL "having a loss angle of tg- 0.0002, and a dielectric constant of 2.5 It has already been said that 'these coating means must not attack the insulating film either at ambient temperature or at the coating temperature; moreover, these substances must not vary in volume subsequently since in this case the distanoes between particles, and hence the permeability would also vary.When using high viscosity nitrooellulose solutions which have given particularly satisfactory results, it is found that in the long run an additional drying occurs which results in shrinkage.
Heat treatment of the core for several days with the aid of this product (for example 48 hours at 70 to 80) ensures complete final drying and therefore absolute stability of the part.
Starting from the magnetic particles obtained by the above methods, it is also possible to produce a magnet core
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with low losses by proceeding as follows: a binder consisting, for example, of gasoline with a weak solution of glucose is added to the isolated magnetic particles. After drying, the particles are lightly compressed in a mold, the pressure used having to be reduced enough so that the insulating film of the particles is not pierced; this oritic pressure can be controlled and regulated very exactly by measuring the high frequency losses.
The core thus produced has a determined mechanical strength, sufficient to allow the introduction of the core in a liquid iaolant which then solidifies at its surface v. thus giving it final cohesion.
Instead of employing these different methods for the manufacture of the core, it is also possible to proceed in such a way that the different turns are introduced into an envelope or else arranged in bundles and surrounded by an insulating means.
The body thus formed is then reopened with an iron emulsion obtained according to the above methods by soaking it therein for example. It is also possible to introduce the coil into a small envelope of insulating material which completely surrounds it and then filling with the ferrous emulsion the gaps having the appropriate dimensions.
It is only possible to obtain a coil with sufficiently low losses that can be used in practice, starting from a substance star, xxxx if, for the realization of this coil, the following conditions are all fully met:
1) the magnetic core (magnetic conductor) must surround-, the winding (electrical conductor) following the shortest path.-.,
In the beginning, toroidal coils were manufactured which, as a result
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its particular winding mode featured a very long path through the iron. However, it has been observed that at high frequencies, the length of the path in the iron or the path in the iron and the section of the iron is particularly critical.
The longer the path in the iron, with an equal iron section, the more turns are needed to obtain a determined self-induotion value; the losses in copper increasing, but at the same time increasing the losses in iron which are roughly proportional to the volume of the core. If for industrial currents the condition is: maximum iron, minimum copper, this condition will be for high frequency coils for receivers: minimum iron, minimum copper.
The fundamental difference between the conditions which one meets in the industrial currents and of the sizes of the high frequency windings, resides in the fact that in industrial currents (transformers for example) the dimensions and the sections are determined by the size. load to be supported and by the permissible heating for the maximum load, whereas they are mainly determined, in tuning coils for receivers, by the losses due to their parasitic effects, inductive and capacitive, which are extremely high, whereas 'there is no need to consider charges by significant field intensities, nor heating. Magnetic matter is charged well below the saturation limit.
Thanks to the use of the magnetic substances described above, and of coils of suitable shapes, it has been possible to push ever further the reduction in the dimensions of the coils, extremely desirable for the construction of receivers, and in due to the relatively high price of the magnetic material, while simultaneously obtaining an improvement in the electrical qualities of the
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coil instead of the expected decrease in these qualities. The lower limit for this reduction is only conditioned by manufacturing operations and minimum winding space.
The necessary winding space could be further reduced by reducing the path in the iron since, with a shorter path, fewer turns are required for a determined self-induction value. However, this constitutes at the same time a reduction in the cost price since less braided thread is required.
The fact that with a suitable magnetic substance and form of winding, a constant reduction in the path length in the iron allows, ¯ to combine a decrease in the number of turns and the winding diameter, and thus @ the A reduction in the size and cost of the coil together with the equally demanded improvement in electrical qualities is an essential feature of the invention. This fact is in contradiction with the current opinion according to which the dimensions and the qualities. of the coil increase in parallel.
The suitable form to meet these conditions is that of a wrapped coil in which the winding is arranged on the middle leg of a three-leg wrapping core, or a "cup" coil in which the Magnetic core surrounds the annular or cylindrical coil by a hollow ring or torus. The coil is preferably made up of a small winding of braided wire 1 to 2 cm in diameter, Oj5 to 1.5 cam in height, the magnetic core having a section of about 0.4 to 1.5 cm2 in the direction of flow.
20) the winding made of braided wire must have a particularly thorough subdivision because of the very strong accumulation of copper in a very small space.
It has been found that braided wires composed of 20 to 40 insulated and stranded conductors of 0.04 to 0.07 mm in diameter,
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particularly suited. To obtain the necessary self-induction of about 200,000 cm, 60 to 70 turns are needed for a permeability of 12 of an iron section of 1.5 cm2 and a path in the iron of about 5 µm.
3) The winding must be placed at a certain distance (about 1 mm) from the magnetic core, and the winding support must be made of a material with relatively low dielectric losses due to the high frequency electro-static fields very concentrated. .
For this same reason, all the oonstruotifs elements of the coil which are not magnetic or electrical conductors, must exhibit low dielectric losses and extremely reduced dielectric conductivity.
It has been found that the usual constructive elements made with the aid of the condensation products of phenol and formaldehyde and of so-called bakelite molded materials are not suitable for giving coils free from losses.
The plastic hydrocarbon "TRCLITUL" already mentioned would be much more suitable and furthermore possesses the property of being hot liquid and thus of being moldable. The use of this material has, for example, made it possible to reduce the total losses of a coil by 8 to 10%.
4) The magnetic flux should pass through the core as much as possible with a low scattering flux in air to achieve a weaker magnetic resistance and stray field. The "cup" winding in which the magnet core> entirely surrounds the cylindrical winding only by a hollow torus comes closest to this condition, but the wrapped winding in which about 90 o of the flux passes through the coil. The core is perfectly usable in many cases for reasons of more convenient manufacturing.
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The characteristics mentioned above allowing the construction of good quality coils are partly explained in the literature. But it was only the combination of these two groups of characteristics that allowed the ultimate practical success, namely the fabrication of a properly constructed high frequency winding for which one could not use, for the reasons given below. above, and owing to the low permeability and the important parasitic, capacitive and inductive effects, the principles employed for the construction of low frequency transformers, starting from a substance manufactured according to the well ,, the determined, partially known per se, but the combination of which is new.
A winding carried out taking into account all of the above requires for the same resonance voltage (measured in the middle of the range) as one tenth of the volume and in most cases one fiftieth of the volume of a spool with braided wire of the same value without a magnetic core, it being accepted that by volume is meant the practical enoombrement of the spool provided with its screen and including the scattering field. This characteristic must also serve as a criterion for the technical and inventive progress obtained by the above combination.
The importance of such a coil can be deduced from this for the construction of radio-receiver devices; in fact, such a coil, the dimensions of which vary between those of a hazelnut and those of a nut, and which has practically no dispersion field, can be mounted on the base of the apparatus at any point and fixed in the simplest way. The use of these coils therefore brings a considerable simplification to the construction of radio-receiver devices, with selectivity and
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increased resonant voltage.
While from a purely physical point of view, such a miniature coil with low softening and low dispersion field already constitutes a notable advance, the practical introduction of such coils in the radio-communication industry is still pending. favored by the fact that the following practical requirements are met
The value of the self-induction is easily adjustable during assembly, and even subsequently, and this value once set is constant within very narrow limits regardless of any factor of time, climate, temperature, and weather. hygrometric influence. In toroidal and air coils, on the other hand, the self-induction can only, because the windings are located outside, be adjusted once,
during assembly, and with the help of specific devices. Also, only a fraction of the amount of the expensive magnetic material needed for the toroidal coils is needed (about 15 grams instead of 60); less thread is needed. The coil can be made on normal winding machines in the form of miniature windings with a large number of layers, and, after winding, constitutes a particular constructive component. The coil is easy to attach and in most cases does not require a screening box. The cost price of a coil according to the invention is only a fraction of that of equivalent coils of other types.
Figs. 1 and 2 of the appended drawing make it easier to understand the technical progress achieved by virtue of the present invention. Fig. 1 shows an air coil with screen of the usual type, four to six of which are required in a modern multi-circuit receiver. Fig. 2 shows by way of example an embodiment of a high frequency coil produced
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according to the invention. The two coils have the same self-induction values (approximately 200,000 cm) and the same logarithmic decrements of softening (for 1000 kilocycles: = 0.024). In the coil according to fig. 1, the winding 1 resting on a support 2 is surrounded by a housing 4 closed by a bottom 3; we know that the case has the effect of aooroitre damping.
In a high frequency coil, such as that of FIG. 2 carried out in accordance with the invention, there can be no aooroissement of the damping due to a screen, the winding 1 being disposed in or surrounded by the magnetic material 5. The comparison of these two windings shown in size The execution clearly shows the considerable progress made by the present invention.
Figs. 3 to 6 show, by way of example, one embodiment of the invention. Fig. 3 shows in section a coil according to the present invention with a rectangular core.
The coil consists of the two-piece core 1,2, the winding 4 and the coil body 3 of insulating material which is subdivided into three chambers and separated from the core by the winding.
The gap between the coil and the winding should be about 1 mm. Fig. 4 shows the same coil in plan and @ partially in section. Fig. 5 shows a similar form of coil, the core however being constructed as a hollow cylinder which encloses the coil on all sides. The winding 9 is disposed on the coil oopps 8 which for its part is disposed in a depression of the two parts 6 and 7 of the core. Figo 6 shows this coil in plan, the air gap. 5 in fig. 3 and 10 in fig. 5 can be variable for the purpose of adjusting the self-induction. The coils shown in fig. 3 to 6 are drawn in double enlargement and in reality they are not larger than the reel according to fig. 2.