<Desc/Clms Page number 1>
Inducteur comportant une matière à bonne perméabilité magnéti- que et procédé de fabrication de cette matière.
La présente invention concerne des inducteurs à un ou plusieurs entrefers ayant une excitation électrique ou munis d'un ou plusieurs aimants permanents et dont la matière cons- titutive a une bonne perméabilité magnétique pour des induc- tions supérieures à 10. 000 Gauss.
Si l'intensité du champ dans l'entrefer est de 6000 à 8000 Gauss et si l'on utilise un aimant permanent dont la valeur (BH)max est inférieure à 2.000.000, le poids total de l'inducteur dépendra en substance de la qualité de l'acier utilisé pour la construction de l'aimant. Dans ce cas, du fer doux normalement recuit suffit amplement comme matière à conductivité magnétique pour la constitution des autres parties
<Desc/Clms Page number 2>
du circuit. L'utilisation d'une matière à propriétés magné- tiques spéciales ne présente pas d'avantages particuliers.
Si, cependant, on utilise pour la constitution de l'induc- teur un acier à aimant dont la valeur (BH)max est supérieure à 2.500.000, voire même à 5.000.000, il est possible d'aug- menter sensiblement l'intensité du champ dans l'entrefer et de réaliser une notable économie en poids de l'inducteur pour une intensité identique du champ dans l'entrefer en substituant au fer doux une matière à perméabilité supérieu- re pour une induction élevée.
Si l'on applique l'excitation électrique au circuit électrique inducteur, on peut également réaliser une notable diminution de la quantité de matière magnétique, ou, en revan- che, une diminution de l'excitation, si l'on utilise pour des inductions élevées une matière ayant une perméabilité particulièrement élevée.
On sait que pour obtenir une intensité maximum du champ dans l'entrefer ou pour réduire les dimensions du circuit en des points déterminés, on peut se servir de ma- tière ayant une perméabilité magnétique très élevée pour des inductions supérieures à 10. 000 Gauss. Une matière connue de ce genre est un alliage de fer et de cobalt contenant des nroportions à peu près identiques de fer et de cobalt. A cause de l'isotropie magnétique de ses cristaux, cet alliage possède une perméabilité élevée suivant toutes les directions, quelle que soit l'orientation des cristaux.
Suivant l'invention, on utilise comme matière ma- gnétique un alliage contenant en substance du fer, et ayant donc une anisotropie cristalline positive, mais auquel on a ajouté un ou plusieurs éléments en des proportions telles qu'au refroidissement depuis la température de solidification
<Desc/Clms Page number 3>
jusqu'à la température ambiante l'alliage ne traverse que le point transitoire magnétique (point de Curie), le refroi- dissement de la masse fondue étant dirigé de manière telle qu'à la solidification il se produise des cristaux dirigés (cristaux en colonne) dont la direction est choisie en re- ga.rd de la direction du champ magnétique dans l'inducteur à laquelle on doit s'attendre.
On a constaté que l'orientation des cristaux en colonne est telle qu'une direction [1.0.0] est parallèle à la direction des colonnes. Comme pour les matières à aniso- tropie cristalline positive la direction [1.0.0] a une très grande perméabilité magnétique pour des inductions se rapprochant étroitement d'une saturation magnétique, la di- rection des cristaux en colonne d'une matière de ce genre est toujours une direction de,bonne perméabilité magnétique.
Pour des directions différentes, la perméabilité magnétique est en général, bien inférieure à cause de l'orientation ar- bitraire des cristaux en colonne autour de leur grand axe.
L'utilisation de cette matière conduit à une dimi- nution de la dispersion magnétique aux abords de l'entrefer et par suite à une augmentation de l'intensité du champ dans l'entrefer.
En outre, l'alliage de fer qui fait l'objet de l'invention est plus facile à usiner que l'alliage connu de fer et de cobalt.
Pour des parties du circuit électrique inducteur dans lesquelles les. lignes de force ont une trajectoire cur- viligne, comme c'est le cas des pièces polaires, on ne peut pas utiliser directement ledit alliage à cristaux en colonne dirigés du fait que les cristaux en colonne ne peuvent croî- tre qu'en ligne droite. Cependant par emboutissage, on peut
<Desc/Clms Page number 4>
donner à la matière une forme telle que l'adaptation voulue de l'orientation cristalline à la direction des lignes de force soit assurée. Après l'emboutissage, on doit, cependant, de nouveau recuire la matière de manière à supprimer les tensions produites.
Une autre solution consiste à utiliser au point donné l'alliage de fer et de cobalt connu en lui-même et amélioré conformément à l'invention, alliage qui est isotro- pe au point de vue magnétique. Un alliage de 50% de fer et de 50% de cobalt a une grande perméabilité suivant toutes les directions. Suivant l'invention, on ajoute à cet alliage du manganèse, de l'aluminium ou du silicium ou une combinaison de ces matières jusqu'à concurrence de 0,1% au moins et de 5% au plus. Après la coulée et la solidification, on chauf- fe de nouveau la pièce coulée à une température telle (envi- ron 1200 à 1500 C) que les impuretés insolubles à l'état compact, telles que les oxydes et les sulfures, s'agglomèrent.
Pendant un laps de temps prolongé d'après l'épaisseur de la pièce coulée, on chauffe ensuite la matière à une température située au-dessous du point transitoire des phases alpha et gamma de l'alliage et tout près de ce point au sein d'une atmosphère réductrice, ce qui a pour conséquence qu'il se nrod.uit une décarburation.
La description des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'in- vention peut être réalisée, les particularités qui ressor- tent tant des dessins que du texte faisant bien entendu partie de l'invention.
Les figs. 1 et 2 sont des graphiques de la varia- tion de la. température de solidification et des points tran- sitoires des alliages de fer et d'aluminium et de fer et de silicium, respectivement.
<Desc/Clms Page number 5>
La fig. 3 montre un procédé de moulage et de re- froidissement permettant la formation de cristaux en colonne dirigés.
La fig. 4 montre la courbe d'aimantation d'un allia- ge de fer et d'aluminium à cristaux en colonne dirigés, en comparaison du fer doux.
Les figs. 5,6 et 7 montrent plusieurs formes d'exé- cution de pièces ainsi moulées d'un inducteur.
Fig. 8 montre le graphique de la variation de la température de solidification et des points transitoires des alliages de fer et de cobalt.
Figs.9 représente un inducteur d'un haut-parleur électro-dynamique fait en différentes .espèces de matière à bonne perméabilité magnétique.
Sur les figs. 1 et 2, la ligne 10 indique les va- riations de la température de solidification d'un alliage de fer et d'aluminium et d'un alliage de fer et de silicium, respectivement. La ligne 11 indique dans l'un ou l'autre cas la variation des points transitoires entre les phases gamma et alpha avec la température. Un alliage de fer et d'aluminium contenant plus de 3/2% d'Al ne traverse plus la phase gamma au refroidissement depuis la température de solidification jus- qu'à la température ambiante, mais il reste toujours dans la phase alpha. Il se produit ainsi une formation crïstalline qui, à la condition que le mode de refroidissement soit choisi judicieusement,conduit à des cristaux en colonne. ' La ligne 12 indique la variation du point transitoire magnétique.
Ce point est donc.traversé toujours au refroidissement, de sorte que la pièce coulée refroidie en fin d'opération possède des pro- priétés conductrices au point de vue magnétique. Il en est de même pour un alliage de fer et de silicium contenant plus de 2,5% de silicium ou une addition de silicium et d'aluminium en combinaison excédant 8%.
<Desc/Clms Page number 6>
En revanche, l'addition d'aluminium et de sili- cium diminue l'induction maximum que l'alliage peut atteindre, de sorte qu'on cherche à se contenter de la quantité minimum d'aluminium ou de silicium.
La fig. 3 permet de se rendre compte du procédé de moulage et de refroidissement dirigé, dont le but est de former des cristaux en colonne suivant la direction voulue.- Un moule 13 sans embase repose sur une plaque de cuivre 14 refroidie artificiellement. Le moule est entouré par un four 15.
Dans le moule 13, qui, en l'occurrence, est destiné à la formation d'un pôle central de l'inducteur d'un haut- parleur électro-dynamique, on coule une certaine quantité d'un alliage liquide de fer et d'aluminium ou de fer et de sili- cium ayant la composition requise. Le four 15 est porté à une température d'environ 1200 C, de sorte que le moule lui- même est également chauffé. On diminue l'apport de chaleur au four 15, de sorte que la pièce se refroidit lentement com- plètement. La partie inférieure de la pièce coulée 16 est en contact direct avec la plaque refroidie 14 et toute chaleur sera donc soustraite à la pièce coulée suivant la direction de la flèche 17.
Il se produira des cristaux en colonne dont l'un des axes est parallèle à l'axe longitudinal de la pièce cy- lindrique 13. On a constaté alors que la direction [1.0.0] est parallèle au grand axe des cristaux en colonne, de sorte que la plus grande perméabilité magnétique coïncide avec la direction de la soustraction de la chaleur, en l'occurrence avec l'axe longitudinal du cylindre 16. On peut s'attendre à ce que la direction du champ magnétique dans un pôle central d'un inducteur électrodynamique soit également celle dudit axe.
La fig. 4 est un graphique permettant la comparaison
<Desc/Clms Page number 7>
entre la perméabilité magnétique d'un alliage de fer et d'alu- minium ou de fer et de silicium dans la direction il.0.01 descristaux en colonne,stla perméabilité magnétique du fer doux recuit. La courbe 18 indique que l'induction dans le fer doux est de 13000 Gauss pour une intensité du champ de 5 Gauss et est de 15000 Gauss pour une intensité du champ de 10 Gauss. En revanche, la courbe indique que pour ladite forme cristalline l'induction est de 19000 Gauss pour une intensité du champ de 15 Gauss. et est de 20000 Gauss pour une intensité du champ de 10 Gauss.
La fig. 5 montre une forme d'exécution d'une pièce cylindrique 20 d'un inducteur. Cette pièce est refroidie de la manière décrite en regard de la fig. 3, de sorte qu'à la solidification la direction [1.0.0] des cristaux en colonne est parallèle à l'axe longitudinal de la pièce. Il faut in- tercaler la pièce dans un circuit électrique inducteur d'une manière telle que le champ suive également la direction de l'axe longitudinal. C'est le cas, par exemple, du pôle central d'un inducteur électro-dynamique.
La forme d'exécution représentée sur la fig. 6 com- porte une plaque en forme de disque 21 percée d'un trou cy- lindrique central 22. On utilise une pièce de-ce genre, par exemple, comme plaque polaire annulaire d'un inducteur électro- dynamique. Le champ magnétique auquel on doit s'attendre s'étend radialement dans un pôle de ce genre, de sorte qu'à lasolidification d'une pièce de ce genre il faut que la cha- leur soit soustraite à la circonférence extérieure. Dans ce cas, la direction [1.0.0] des cristaux en colonne est éga- lement radiale.
Comme les cristaux en colonne ne peuvent croître qu'en ligne droite, les pièces d'inducteurs dans lesquelles
<Desc/Clms Page number 8>
la direction du champ magnétique diffère de la ligne droite ne peuvent pas être constituées directement par de-la ma- tière cristallisée suivant des cristaux en colonne, la per- méabilité magnétique en dehors de la direction [1.0.0] du cristal étant sensiblement moindre. Par contre, on peut ren- dre des pièces de ce genre aptes à être utilisées dans le but envisagé, à condition de donner à la matière, par em- boutissage, une forme telle que la direction des cristaux en colonne s'adapte à la direction du champ magnétique à laquel- le on doit s'attendre.
Après l'emboutissage, on doit procéder au recuit de manière à supprimer les tensions produites, ce qui, à la vérité, provoque une légère perte au point de vue de la forme cristalline particulièrement favorable.
La fig. 7 représente une forme d'exécution d'un tenon polaire central d'un inducteur électro-dynamique. La partie supérieure 24, qui constitue la pièce polaire propre- ment dite, a été déformée, par emboutissage du tenon cylin- drique 23, d'une manière telle que la direction des cristaux en colonne soit déviée transversalement vers le côté, de sor- te qu'elle s'est adaptée à la direction des lignes de force émergeant latéralement vers l'entrefer.
La fig. 8 est un graphique de la variation du point de fusion et des points transitoires d'alliages de fer et de cobalt. La courbe 25 marque la variation de la température de fusion pour les différentes proportions de cobalt. La ligne 26 marque la variation du point transitoire entre les phases gamma et delta du fer pour des proportions inférieures de cobalt. Cette zône est, cependant, sans intérêt au point de vue du but poursuivi par l'invention. La ligne 27 indique la variation de la transition entre les phases gamma et alpha de l'alliage, tandis que la ligne 28, qui se confond en partie
<Desc/Clms Page number 9>
avec elle, marque le point transitoire magnétique.
Pour les alliages à.proportions à peu près identi- ques de fer et de cobalt qui sont importants en l'occurrence, la température transitoire entre les phases alpha et gamma est située à environ 980"C et le point transitoire magnétique se trouve à la même température. Si ces alliages sont refroi- dis depuis le point de solidification jusqu'à la température ambiante, la température traverse donc le point transitoire magnétique aussi bien que le point transitoire des phases alpha et gamma. L'alliage solidifié a donc une perméabilité magnétique. En outre,,les cristaux de ces alliages sont iso- tropes, c'est-à-dire qu'ils sont aimantables le long de tous les axes, de sorte qu'en fabriquant des'pièces d'inducteur on n'a pas besoin de tenir compte de la direction éventuelle des lignes de force.
Un alliage ne contenant que du fer et du cobalt a, cependant, pour inconvénient qu'il faut ajouter le cobalt à l'état très pur obtenu par voie électrolytique. Des impure- tés, telles qu'elles sont renfermées dans le cobalt industriel ,qu'on obtient au moyen du minerai, réduisent sensiblement la perméabilité magnétique. Dans le cas où Pon utilise du cobalt industriel, on peut, cependant, obvier audit inconvénient en ajoutant du manganèse, de l'aluminium ou du silicium ou une combinaison de deux ou trois de ces métaux en proportions allant de 0,1% à 5% au plus.
Après la coulée et la solidification, on chauffe de nouveau la pièce coulée afin de laisser s'agglomérer les impuretés en forme d'oxydes, de sulfure etc. qui, après la solidification, se trouvent dans un état de division extrême entre les cristaux et diminuent ainsi la perméabilité magné- tique. Ce chauffage s'effectue à une température de 1200 à 13000C. Après ce chauffage, on doit encore-décarburer l'objet
<Desc/Clms Page number 10>
afin d'accroître davantage lâ perméabilité magnétique.
Il est nécessaire de procéder à cet effet à un chauffage long au sein d'une atmosphère réductrice à une température située au-dessous du point de transition vers la phase gamma et tout près de celui-ci (point qui pour
50% de Co et 50% de Fe est de 980 C), par exemple à environ
950 C. Comme valeur minimum de la durée de décarburation, une durée de recuit de 1 heure correspond à des pièces de
1 mm d'épaisseur. Dans l'usinage de pièces plus épaisses, la durée augmente avec le carré de l'épaisseur, de sorte qu'un tenon cylindrique de, par exemple, 25 mm d'épaisseur doit être recuit pendant au moins 625 heures, c'est-à-dire pen- dant environ 4 semaines.
La fig. 9 représente un inducteur complet destiné à un haut-parleur électro-dynamique et constitué par un ai- mant permanent annulaire 25, des plaques cylindriques 26 et
27 et un tenon cylindrique 28 ayant une pièce polaire 29 en matière à conductivité magnétique. L'aimant permanent 25 est fait en acier à aimant se composant d'un alliage de 15,5% de nickel, de 8% d'aluminium, de 24% de cobalt, de 3% de cuivre et de 51,5% de fer, qui a été traité par le pro- cédé décrit dans le brevet n 434.817. Il permet d'obtenir une valeur (BH)max allant jusqu'à 4. 700.000, de sorte que cet acier convient particulièrement bien à constituer un induc- teur de faible encombrement et à grande intensité du champ dans l'entrefer.
Afin que dans le cas d'un faible encom- brement de matière magnétique en dehors de l'aimant 25 lui- même un grand flux magnétique puisse quand même traverser l'entrefer 30 il faut que de grandes inductions soient admis- sibles dans les pièces 26,27, 28 et 29. C'est pourquoi les deux plaques sont coulées au moyen de l'alliage décrit de fer à anisotropie cristalline positive cristallisée suivant des cristaux en colonne qui, en l'occurrence, sont dirigés
<Desc/Clms Page number 11>
radialement, parce que la trajectoire des lignes de force dans ces plaques est également radiale. Le tenon cylindrique 28 a la même composition et a, pour des raisons identiques, une direction de cristaux parallèle à l'axe longitudinal. La partie supérieure 29 de ce tenon, qui constitue la pièce polaire proprement dite, est faite en alliage décrit de cobalt et de fer.
En effet, 'les lignes de force s'étendent 'axialement dans le tenon 28, mais doivent dévier radialement à proximité de l'entrefer 30 pour émerger perpendiculairement à la surface périphérique de la pièce polaire. Dans la pièce polaire 29, les lignes de force suivent donc une tra- jectoire curviligne, de sorte qu'en cet endroit une matière dont les cristaux en colonne sont dirigés parallèlement ne peut pas pour ainsi dire être utilisée, mais qu'un alliage à direction cristalline isotrope est préférable..
Dans ce qui précède, on a décrit comme forme d'exé- cution un système inducteur destiné à un haut-parleur élec- tro-dynamique. L'invention est également applicable à d'au- tres circuits électriques inducteurs, tels que moteurs, re- lais, systèmes électro-magnétiques etc., bref à tous'circuits, dans lesquels des champs magnétiques sont excités soit par' un ou plusieurs aimants permanents soit par excitation élec- trique.