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Corps magnétique en lames liées.
L'Invention se rapporte aux méthodes de liaison, et concerne', en particulier la liaison d'éléments laminas en matière magnétique amployés dans 1-8 appareils électiiques.
Les matières mastiques, sous la forme de lames ou de feuilles, sont l'objet d'un emploi très développé dans la fabri- cation d'une grande variété d'appareils électriques, tels que transformateurs, machines dynamo-électriques et autres équipements, dans lesquels d'importantes quantités de flux magnétique doivent être liées avec des conducteurs électriques. Pour réduire le volume, le poids et le prix de tels équipements, les dimensions physi- ques et les pertes dans les parties du circuit magnétique servant à diriger ce flux doivent être aussi réduites que possible.
L'invention a pour objet de réaliser un corps magnéti- que en lames liées entre elles.
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Elle consiste, en premier lieu, en un corps magnétique, dont les éléments en lames sont lies par une composition.-isolante, traitée à chaud et comprenant un acétal polyvinylique, de l'a- cétate de vinyle et un produit de condensation du type des ré- sines au phénol et à l'aldéhyde fornique restant dures aux tem- pératures élevées, cette composition présentant des molécules à longues chaînes, pour avoir de la dureté et de l'élasticité, et offrant une bonne résistance aux actions physiques et chimi- que. des acides, des alcalis dilués, de l'eau et de l'huile.
Pour bien faire comprendre l'invention, on en décrira, à titre d'exemple seulement, une réalisation préféré(-,, en référence au dessin annexé.
La figure 1 est une élévation de transformateur à en- v eloppe.
La figure 2 montre en élévation une variante de trans- formateur*
Une matière magnétique, appropriée à la construction des éléments de circuit magnétique dans les appareils électriques, comprend de l'acier au silicium. où le silicium entre pour une teneur allant de 0,5 % à 5 %. Elle se présente ordinairement en feuilles d'une épaisseur de l'ordre de 0,35 mm. L'acier magnéti- que ordinaire au silicium est laminé à chaud et son prix est tel qu'il entre en landes quantités dans la fabrication de matériel électrique.
Les propriétés magnétiques de l'acier au silicium laminé chaud sont encore surpassées par celles d'une tôle d'acier au si- licium obtenue par un procédé spécial. La matière magnétique vendue sous le nom commercial d'Hypersil est un acier au sili- cium obtenu par un procédé particulier, qui a des qualités ma- gnétiques supérieures à celles de l'acier laminé à. chaud.
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Cet acier au silicium spécial est laminé à froid et recuit dans des conditions qui donnent aux grains, dans la tôle, une orientation telle, que la direction de plus grande facilite de magnétisation des grains ou cristaux Individuels coïncide avec la direction de magnétisation de la tôle. On a trouvé que le fer et autres matières magnétiques, ayant une structure cristalline semblable, présentent des grains qui se magnétisent plus facilement suivant certaines directions.
Une matière magnétique obtenue par un procédé, qui réalise une disposition de cristaux donnant à la tôle de cette matière les caractéristiques magnétiques de cristal isolé, en ce qui concerne la facilité de ma- gnétisation, peut être désignée comme possédant l'orientation préférée.
La perméabilité d'un acier magnétique ayant l'orientation préférée est exceptionnellement élevée, atteignant une densité de flux de 16000 lignes de force par centimètre carré. Cela constitue une supériorité sur les qualités de l'acier au silicium de même composition laminé à chaud.
Pour toutes les densités de flux, l'acier possédant 1'0- rientation préférée est sujet à de moindres pertes de wattage que l'acier au silicium laminé à chaud.
Les procédés nécessaires pour la production d'acier au silicium à grande perméabilité entraînent une augmentation du prix de la matière. Il est par conséquent désirable de réserver, si posBible, l'emploi de l'acier au sillcium amélioré à une partie seulement du circuit magnétique, où ses propriétés apportent des avantages, et à le combiner, pour le reste du circuit, avec un acier au silicium laminé à chaud ntoins onéreux.
Un tracé de noyau magnétique, offrant la plus grande efficacité, avec l'acier présentant l'orientation cristalline préférée, est désirable.
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Si l'on se reporta aux figures du dessin, la figure 1 montre un transformateur du type cuirassé, comprenant un faisceau de lamelles 16, autour duquel sont disposas l'enroulement primaire 26 et l'enroulement secondaire 28. Contre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure du faisceau 16, sont appuyas des empilages transversaux de lames 12, 14, 18 et 20, continuant le trajet du flux magnétique. Les extrémités extérieures des empilées 12 et 14 sont connectées par' un faisceau de lames 24, tandis que les extrémités correspondantes des empilages 18 et 20 sont connectées par le faisceau de lames 22.
On voit aisément qu'il sera économique de constituer le faisceau central de lames 16 avec la plus petite section transversale possible, capable de conduire le flux magnétique envisagée En utilisant l'acier au silicium possédant l'orientation cristalline préférée, on établira une partie centrale douée d'une densité de flux plus élevée que les autres couches du transformateur et la dépense de cuivre sera moindre. Il est donc avantageux d'employer, pour le faisceau central 16, des lamesennypersil ou en autre matière à efficacité magnétique élevée. Les faisceaux 12, 14, 18. 20 24 et 22 peuvent être faite, avec de bons résultats, au moyen de lames en acier magnétique ordinaire au silicium laminé à chaud.
Ainsi, sans construire le transformateur tout entier avec la ma- tière la -plus coûteuse, on obtient une combinaison plus économique de matières.
On a constaté que les relations des faces entre les air- férentes piles de lames peuvent amener des pertes considéraoles dans le fonctionnement de l'appareil. Par exemple, les lard$$ sont or- dinairement poinçonnées ou découpées dans de grandes tôles de métal* Ces opérations donnent lieu à des oavures, qui peuvent pro- duire un contact entre les lames adjacentes et les connecter élec-
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triquement, ce qui donne naissance à des courante de Foucault allant de l'une à l'autre et provoque des pertes sensibles dans le noyau*
En outre, les sur-faces irrégulières créées dans les par. ties de la tôle découpées ou poinçonnées ne se prêtent pas à l'obtention de joints étanches entre les faisceaux de lames.
Une large broche d'air entre faisceaux est une source de pertes d'énergie.
On propose en conséquence de faire disparaître les bavures et de réaliser des joints épanches entre les faisceaux de lames contigus en moulant tout d'abord, les faisceaux assemblée sur leurs surra- ces qui viennent en contact, puis en attaquant la face meulée avec un métal réactif chimique, qui éliminera les plus petites bavures et autres saillies.
En coïncidence avec le traitement des joints, il a été reconnu depuis longtemps que des lames véhiculant un flux magnétique doivent être isolées électriquement les unes des autres, en vue de réduire les courants de Foucault. L'épaisseur de l'agent isolant entre les lames détermine la résistivité aux pertes par courants da Foucault. D'autre part, une grande quantité d'iso- lant disposée entre les lames augmente les dimensions matérielles d'un faisceau de lames, pour une quantité donnée de matière magnétique. Le volume peut par suite augmenter jusque un point ou le bénéfice de l'isolation ajoutée est plus que compensé par l'accroissement de volume et les facteurs de dépense.
Un objet de l'invention consiste à employer une composition résineuse adhésive, traitée à chaud, pour lier les lames en faisceaux pour noyaux d'équipement électrique, cette composition possédant sous de faibles épaisseurs de bonnes propriétés d'isole- ment électrique.
D'autres qualités que doit présenter la composition de liaison, sont la solidité et l'élasticité, afin que les efforts engendrés par le chauffage, le refroidissement et l'assem-
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blage usuel ne provoquent pas de désagrégation* Une telle compo-
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sition de liaison doit encore adli-ier à la igatièra magnétique* En raison du roulage et de la réaction chimique opéras sur les joints entre les àl±Îéii>ntx faisceaux de lôùiws, la composition de liaison doit s'opposer à la pénétration d'eau et d'acide de telle façon que gaules les faces extlêlli6S soient attaqu(,-ze, les faces latérales restant indexes.
Une résine comportant (le l'acétal i)olyvlnyliqu,t qui ext le produit de la réaction de '/0 . d'acétate de vinyle hydrolysë ct d'8déhyae acétique et qui présente une viscosité de ? secondes, pour mie solution à 20 7' soumise à Iterj,,3ai haD! tuel à la nitrocellulose, s'est montrée apte à fournir une base sa- tisfaisante pour la composition de liaison. Cette résine possède une structure en molécules à longue chaîne, qui lui assure
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de bonnes propriétés adiiôsivea. Pour les hautes températures auxquelles sont exposés les appareils électxiques, de 90* à 120. C., par exemple, cette résine peut être en)ployée seule pour la liaison de lames.
Des résines d'acétal peuvent être employées pour les liaisons. Les produits de la réaction entre les éthers vinyliques partiellement hydrolyses, tels que les acéta-
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tes, proplonates, butyrates. ou entre les mélanges de ces éthers avec une aldéhyde, tsiie que l'aldéhyde formique, l'aldéhyde progionique et l'aldéhyde butyrique peuvent dans certains cas être utilisés pour la liaison des lames. La résine choisie dé- ,pend des conditions @..:rel1l.pllr. telles que la résistance a 1111'111- le, le point de ramollissement et le pouvoir liant.
La résine d'acétal polyvinylique est dissoute dans un
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solvant, composa par exemple de 'l0 )b de toluène ou de XYlène et 30 10 d4alcool éthylique* Une solution contenant de 25 ) à 40 ,j n'élément solide convient pour Inapplication aux faisceaux de
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lames
Dans certains cas, la composition liante peut être mo- difiée en ajoutant, à la résine d'acétal polyvinylique, jusque 20 d'une résine durcissant à chaud à base d'aldéhyde phénoli- que. Une résine à base de formaldéhyde orésylique acide a été utilisée avec succès, sur une échelle de températures allant de 100 à 130 C.
L'addition de produit résineux de condensation à base de phénol et d'aldéhyde peut être modifiée avec de l'huile d'a- brasin ou d'oïticica, dans une proportion allant Jusqu'4 50 %. et introduite dans la composition contenant un acétal polyviny- lique pour les usages et fonctionnements à dos températures in- férieures à 125'C.
Si l'appareillage électrique doit être employé à une température inférieure à 125 C., la composition liante peut être modifiée en vue de lui donner une plasticité supérieure à celle des formules indiquées ci-dessus. Une résine à l'acétal polyvi- nylique de poids moléculaire intermédiaire, comme par exemple c elle qu'on vend dans le commerce soua le nom de Vinylite (Ayat) -s'est montrée capable de produire un effet plastifiant satisfai- sant, dans une teneur pouvant atteindre jusqu'à 80 de la tota- lité des résines.
Une composition type, contenant les éléments indiqués ci-dessus qui a fait preuve de bonnes qualités, eomme liant pour les noyaux de transformateurs représentés par la figure 1, répond à la formule suivante: 41,5 d'acétal polyvinylique
42,5 % d'acétate de polyvinyle 15 % de produit de condensation résineux à base d'acide crésylique et de formaldéhyde.
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Cette composition est dissoute daas un solvant formé approximativement de deux parties de toluène ou de xylène pour une partie d'alcool éthylique de manière à. fournir une solution de 25 à 40 %. Dans certains cas, du naphte de goudron peut être employé au lieu ou toluène ou du xylène.
Le liant obtenu a montré une force de liaison de 340
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Kge. à 585 KgSt pax 645 a3tijt:xf,--. caxr c entre les 1&iwB. Il fait preuve de .ré,ista.l1ce à Ittetioii chimique ddS aclw;:St des alcalis dilués et de 1'eeu, ut il n'est pas alteic par l'huile ou les isolants e.aWloyé8 àaas 108 tJ:'andfolm8,t0Urs.. Cette compog 1tion liante ne coule pas à la teltli!éra.tu;r de 100* C. dans les conditions de fonctionnement. On a ;réalisé a1n61 'W18 construction stable de noyau de r.'af1a90'3llC.tu'.
Oji a employé avec succès uxr:; aàtro composition, conatituée paX une solution contenait de 20 â 40 , d1élémnti solides; ces derniers comportant 60 û 90 70 d'acétate de polyvinyle partiellehnn'c nydrolisé et 40 cf à 10 de résine à uase' de phénol et d'aldéhyde au stane B. Ce .mélange pa-rticulier de r.-;1l1es offre une bonne l ésletancs à l'huile et 3laatlcal dissolvant0 de li- quides diélectriques halogènes.
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Pou;): baliser des faiso-saux de lames satisfaisants, qui puissent ensuite être seules, traités chimiquement et assemblée dans une construction de noyau de transformateur à grande effi-
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c ac1tê, la méthode d 1a:pplicatioll de la solution aux laJ:lles est la suivante:
la. solution est appliquée ea3ti3o un vernie sur les pièces de 9QinQonnage ou de laminage par projection, 'orasa-ge ou roulage* Elle 'peut être expliquée soit comme un revêtement d1épaisseur uniform:3 aux toute la surface, soiz par zones àtjpaioseurs différentes, puis après un t ,ït.;alnt thermique. la, .position prendra une plus grande valeu' d'iaolement entre les lames. Le traitement ultérieur n'est pas modifié, quelle gue
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soit la forme du revêtement appliqué.
Les lames recouvertes sont soumises à une température élevée, pendant une courte durée, pour éliminer le solvant de la composition. Pour cette opération, les températures et temps convenables sont 450. C. pour 20 secondes;- 350 C. pour 40 à 70 secondes et 250. C. pour 125 à 150 secondes. Les températures inférieures à 250 C. ne donnent pas de bons résultats, si on les emploie pour le traitement en question.
Apres ce traitement, les lames sont assemblées en fais- ceaux dans des noyaux de format prédéterminé. Le pelage peut être utilisé pour a'assurer que la quantité convenable de matière magnétique a été incorporée dans la noyau. Le faisceau est placé dans une pince à éléments réglables, qui permet de l'amener par serrage à 1'épaisseur choisie. Toutefois, au cours de cette opération, les pièces de serrage doivent être appliquées à une pression légère.
Le faisceau de lames, serré dans la pince, est soumis à
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une tenl,pérature#roO.ctJ.aJ.- 16Ó'pendant 5 heures pour un faisceau mesurant 10,16 x 15,24 x 30,48 centimètres. Pendant ce traitement, les résines réagissent, particulièrement la résine au phénol et
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à l ,1 aldéhyde , qui dure; 1 t à chaud.
A la fin du traitement thermique, le faisceau de lames, avec ses pinces, est retiré du four et les pinces sont ajustées Immédiatement pour réduire la faisceau à la dimension prédéter- minée du noyau. On laisse alors le faisceau se refroidir dans ses pinces, jusqu'à ce qu'il ait-atteint la température ambiante.
Après refroidissement, le faisceau de lames peut être meulé et attaqué chimiquement, pour l'obtention de faces lissas, assurant un bon contact entre faisceaux adjacents. L'opération fait aussi disparaître les bavures. Les faisceaux multiples peuvent être assemblés pour constituer un noyau de transforma-
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teur aonforme à la figure 1, d'un prix aa revient modéra et d'un
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fonctionnement efficace.
La figure 2 montre uns construction modifiée de noyau
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pour transfo'mat0u.r. On y emploie, pour la totalité du noyau, des faisceaux de laulara en matà.xa.; magnétique apëclalu t1t traitée, telle que lthyj}eI'$il mentionné plus nauts La section transversale étant uniforme aana tout le noyau, l'acier au siliciuzn spécialement préparé doit StX0 utilisé pour sa totalité.
La constiuction Je là Ciguis 2 est en outïe 1..;ct7.:iqu,ment efficace, car le trajet du flux Magnétique (st aJtlénagê ,Je telle manière qu'il n'existe pas ùu di.3coNtinuité8 ou de vacillions
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sensibles dans le type de matière magnétique qu'il traverse. Il ne se trouve que deux joints 46-46 et 44-44 dans chaque unité de noyau..
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Le t:l'anefo'l11cl.t[-:;ur 30 comprend deux noyaux à courbas continues, partages en deux éléments semblables 32, 38 et 34, 36. Les noyaux continus sont formés par Qui d'une bande continue de matière magnétique, suivant une foirne convenable, jusqu'à ce que le nombre de tous'c aë-siré ait été obtenue Lex l;;xt:r:é.llité8 des bal1ues d'acier sont soudées à la lame placée iîtlïïi'LL:iâ.t::al1¯,Ili. au-
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dessus
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Lle,ns?iiibl2 du noyau est aounlia au roaui.i , pour réduira
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les efforts Internes dus à l'enroulement.
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Pour assembler 11:;m.oul;;li1mt prima-iTe 40 et l'enroulement secondaire 42 autour de la partie csrats,'a1c du tl'ansformataur 30, Il convient ài partager les couones ez.'oul.. au noyau entre 1RS parties 3, 32 0t 36, 3de La réalisation de ce dxta5 est facilitée par 1 itaxtiorl, o.,n.,:3 les espaces entre les laifies, d'une coaiposition liante au type ûéax.it ci-dessus.
La composition liante .t;>0ut 5tre appliqua en i.ii>régnan.1 dans z.- vide. le noyau J;scu1t un .récipient... La bOl1in(: st in-
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troduite dans un récipient, qui est ensuite fermé, et où l'on fait le vide pour expulser l'air. La composition liante est cou- lée d'un réservoir de stockage, jusque ce que les noyaux ou la- mes soient recouverts. On suspend l'opération du vidage et on introduit de l'azote à la pression atmosphérique, pour l'appli- quer à la composition et forcer celle-ci à pénétrer dans les interstices entre les lames. Celles-ci restent trempées pendant une demi-heure pour absorber le maximum possible de composition.
On peut exercer une pression pour accélérer l'imprégnation. La composition est ensuite retirée du récipient, d'ou l'on extrait son tour le noyau.
Pour entacher les lames les plus reculées à l'intérieur de se déformer pendant le traitement subséquent, il est désira- ble de placer des blocs ou des ressorts, ou d'autres dispositifs dans la fenêtre ou autre espace libre de chaque noyau continu.
La bobine Imprégnée est ensuite cuite au four, à une tem- pérature de 200.à 260 C., pendant 4 heures, pour un noyau de 15, 86 Kgs. La composition assure la liaison des lames de façon suf- fisante pour que le noyau puisse être aisément coupé aux endroits indiqués en 44 et 46 sans rupture des lames. On emploie de l'hui- le comme lubrifiant pendant cette opération, parceque le procédé décrit ne donne pas un remplissage à 100%. L'huile retarde la pénétration de l'eau, de l'acide, etc.. utilisés dahs les mani- pulations ultérieures.
Les joints sont alors meulés et attaqués comme indiqué à propos de la figure 1. De cette manière, on obtient des surfaces parfaitement plates et substantiellement lisses aux joints 46-46 et 44-44, de sorte que le flux ne subit qu'une perte minimum par entrefer.
La composition possède d'excellentes propriétés isolantes pour un facteur de remplissage de 97% à 85% avec faibles pertes par courants de Foucault entre les lames.
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On a trouvé que dans certains cas, les lames de métal peuvent être traitées par des agents chimiques, pour produire une pellicule isolante à former directement sur la surface de la feuille de métal. On obtient ainsi un double effet d'isolement. La pellicule isolante produite par un traitement semblable est une écail- le adhérente, par exemple en silicate de magnésium MgOSiO2. Des résines cassantes, telles par exemple celles du type phénolaldéhyde, donneraient une composition très cassante et une composition liante dure, qui tendrait à détacher 1-'écaille de la surface du métal sous les efforts du fonctionnement normal, réduisant ainsi le bénéfice de ce traitement. La composition décrite ci-dessus est suffisamment plastique pour éviter cette séparation de l'écaille isolante.
REVENDICATIONS
1. Structure lamellaire de noyau magnétique comprenant des lames de matière magnétique liées en un noyau solide au moyen d'une composition liante, électriquement isolante, traitée à chaud, formée de 20 à 80% d'acétal polyvinylique et, jusqu'à 20% au maximum, d'acétate polyvinylique pour la rendre plastique et/ ou d'une résine du type phénol-aldéhyde durcissant à chaud pour obtenir un produit faisant prise pendant le traitement thermique en vue de consolider le noyau .lamellaire, la composition ayant des molécules à longue chaîne pour lui donner de la ténacité et de l'las- ticité et étant réfractaire à l'action chimique et rhysique des acides, des alcalis dilués, de l'eaù et de l'huile.