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Procédé de fabrication de noyaux magnétiques enroulés.
L'invention concerne des appareils électriques, tels que des transformateurs, et particulièrement un procédé de fabrication de noyaux magnétiques enroulés servant dans ces appareils électri- ques.
On a produit, ces dernières années, de l'acier magnétique ayant avant tout de bonnes caractéristiques magnétiques dans le sens du laminage, meilleures que celles dans les autres sens et que cel- les des qualités commerciales d'acier au silicium employées anté- rieurement. Un acier magnétique ainsi amélioré se caractérise par une perte en watts faible par unité de poids et une perméabilité .élevée dans le sens du laminage de la matière magnétique. Pour tirer tout le bénéfice de cette perméabilité élevée et de cette faible perte en watts du nouvel acier magnétique, il est nécessaire d'em- ployer cet acier de façon que le flux magnétique le traverse dans le sens du laminage. Quand il est employé ainsi, la densité de flux
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admissible peut être bien plus élevée qu'antérieurement.
Grâce à l'apparition d'aciers magnétiques à meilleur rendement qui per- mettent la construction d'un noyau avec une induction magnétique bien plus élevée qu'à l'ordinaire, la quantité de fer nécessaire pour fabriquer un noyau de transformateur ayant un certain degré de puissance, peut être fortement réduite.
Dans le but d.e profiter des caractéristiques de ces nouveaux aciers magnétiques à rendement plus élevé, on a étudié une construction de circuit magnétique comprenant une ou plusieurs spires faites de ruban d'acier magnétique bobiné couche par couche sur une forme, telle qu'un mandrin d'acier ayant les dimensions voulues. Les spires ou cadres ainsi formés sont pourvus habituel- lement de fenêtres ou ouvertures pratiquement rectangulaires.
Les mandrins sont prévus de façon à avoir la forme et les dimensions de la fenêtre dans le cadre achevée cette fenêtre dans le cadre étant déterminée par la face de l'enroulement intérieur du ruban d'acier formant lecadre* Les cadres ainsi formés. vendant qu'ils sont encore sur les mandrins sur lesquels ils ont été bobinés, sont recuits pour éliminer les tensions créées dans le ruban de tôle d'acier par l'enroulement.. Les cadres sont placés de champ en rangées et chargés de poids pour maintenir la forme rectangulaire des cadres pendant l'opération de recuit.
Les cadres enroulés et recuits sont alors imprégnés dans le vide avec une matière plas- tique adhésive de liaison qui coule entre les spires ou couches de tôle d'acier magnétique successives, après quoi les circuits magnétiques sont mis à la cuisson de sorte que la matière de liaison adhère aux couches de ruban d'acier en remplissant les vides. La matière de liaison peut être une matière thermo-plasti- que telle que la ré sine vinylite-alvar avec de petites additions du genre phénolique ou de résines du type vinyle hydrolisé.
Ces circuits magnétiques sont ensuite coupés en deux de façon à former deux parties en U à refermer sur les bobines con- ductrices; pour y parvenir, il faut polir et décaper les surfaces
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obtenues par le sectionnement afin de créer des joints bien adaptés et unis lorsque les deux pièces en U du circuit magnéti- que sont rassemblées.
Le procédé décrit ci-dessus, pour former des circuits magnétiques enroulés en spirale implique plusieurs opérations relativement coûteuses et l'emploi d'outillages onéreux, ce qui rend difficile de concurrencer les circuits magnétiques poin- çonnés. Ces opérations comprennent l'enroulement de chaque cadre sur un mandrin et le maintien de ce cadfe sur le mandrin pendant une grande partie du procédé de fabrication, notamment pendant 1' opération de recuit et l'imprégnation du cadre bobiné avec une matière liante ainsi que pendant la cuisson servant à rendre les cadres solides. Ces opération coûteuses comprennent l'enlèvement du cadre du mandrin, le placement d'étriers p.our empêcher la dé- formation après enlèvement du mandrin et le chargement des cadres par de gros poids pour empêcher le bombage des couches pendant le recuit et la cuisson.
La fabrication de circuits magnétiques par le procédé ci-dessus exige l'emploi d'un grand nombre de mandrins, puisque chaque mandrin doit suivre tout le processus pendant un long temps après'le bobinage, de sorte qu'il n'est pas prêt à être réemployé pour un nouvel enroulement avant un grand laps de temps après qu'il a servi à un bobinage; il s'ensuit que l'on doit pou- voir disposer d'un grand nombre de mandrins de toutes formes et dimensions là où on désire faire une production considérable.
Toutes les opérations mentionnées ont.été considérées comme néces- saires dans la fabrication d'un noyau du genre décrit ci-dessus.
L'invention a principalement pour but de fabriquer un circuit magnétique du genre ci-dessus mais qui peut être enlevé de la forme ou mandrin directement après l'opération de bobinage et conservé dans sa forme voulue sans l'aide du mandrin durant la suite du processus de fabrication.
Suivant l'invention, ceci est réalisé en pliant le ruban d'acier, avant son bobinage sur le mandrin, dans le sens opposé
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au sens de l'enroulement.
Cette opération préliminaire de pliage crée des tensions supplémentaires dans la matière magnétique pendant l'enroulement, de sorte que ces forces équilibrant les forces normales qui ten- dent à ce que le noyau bobiné fléchisse et se déforme, au moment de l'enlèvement du mandrin. Le même mandrin peut donc être em-- ployé de façon répétée pour bobiner un circuit magnétique après l'autre à de courts intervalles, de sorte que le mandrin peut être une pièce constitutive de la machine à bobiner.
L'invention ressortira clairement de la description dé- taillée suivante d'une façon de procéder préférée qui est repré- sentée, à titre d'exemple, dans le dessin annexée dont :
La figure 1 est une vue de profil d'une partie d'une machine courante servant à bobiner des circuits magnétiques en- roulés.
La figure 2 est une vue de profil d'un circuit magnéti- que enroulémontrant la façon dont les couches d'un circuit ma- gnétique enroulé de la manière habituelle sur un mandrin habituel tendent à fléchir si le mandrin est enlevé avant recuit et cuis- son.
Les figures 3 et 4 sont des détails.
La figure 5 est une vue schématique d'un appareil em- ployé dans l'opération de bobinage montrant une des caractéris- tiques de l'invention.
La figure 6 est une vue de profil d'un flasque et d'un mandrin employés suivant l'invention.
La figure 7 est une coupedu flasque suivant la ligne VII-VII de la figure 6.
La figure 8 est une vue de profil d'un flasque et d'un mandrin modifiés à employer suivant certaines données de l'inven- tion. da figure 9 est une vue en élévation d'un circuit magné- tique fabriqué suivant le procédé habituel antérieur; et
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La figure 10 est une vue en élévation d'un circuit ma- gnétique réalisa suivant l'invention.
Dans la figure 1, la machine à bobiner comprend un bâti
1 portant un axe ( non représenté) avec, à une de ses extrémités, une tête d'enroulement 2. La tête d'enroulement est pourvue d'un flasque circulaire plan 3 et d'un mandrin 4 dont la forme corres- pond à la périphérie de la fenêtre du circuit magnétique à enrou- ler. Suivant le procédé habituel, les mandrins sont maintenus sur le flasque de la machine pendant l'op.ération de bobinage et enle- . vés avec le circuit magnétique bobiné après enroulement. Un ruban. d'acier 7 s'enroule sur'le mandrin 4 lorsque le mandrin et la tête d'enroulement sont entraînas dans un mouvement de rotation horlogique comme le montre la figure 1.
Une paire de galets de guidage 8 et 9 maintiennent une pression constante, dirigée vers le bas, sur le ruban qui s'enroule pendant l'opération de bobi- nage sur le mandrin. Les galets de guidage 8 et 9 sont montés sur des pivots 11 et 12 dans une pièces support 13; celle-ci pivote elle-même autour d'un axe maintenu par un mandrin 14 monté sur un chariot 15. Le chariot 15 est placé dans un cadre support de ma- nière à glisser verticalement, sous une pression constante dirigée vers le bas, servant à maintenir constamment les galets de guida- ge en contact avec le ruban d'acier 7, pendant son enroulement sur le mandrin. La pièce support 13 est libre de se mouvoir au- tour de son pivot 14, de sorte que les galets suivent le contour rectangulaire du circuit magnétique enroulé pendant l'opération de bobinage.
Le ruban d'acier 7 passe entre deux groupes de rou- leaux à freins désignés par les chiffres de référence 18 et 19 qui le maintiennent raide ou même légèrement tendu pendant son enroulement. La force ou résistance appliquée par les rouleaux à freins ajoutée à la.force appliquée par les galets de guidage 8 et 9 maintiennent une certaine pression sur le ruban d'acier dans la direction du mandrin pendant l'opération de bobinage.
On guide à friction peut .également être employé avec succès.
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Quand on fabrique un circuit magnétique suivant le pro- cédé habituel par enroulement, recuit, imprégnation et cuisson, découpage et usinage comme il a été décrit ci-dessus, il se pré- sentera sous la forme de la figure 9. La fenêtre dans le circuit de la figure 9 a une longueur L et une largeur! et les bras 21 et 22 de la partie en U supérieure 23 sont dans l'alignement, res- pec tivement, des bras :24 et 25 de lapartie en 0 inférieure.
Ces deux parties sont assemblées de façon à former des surfaces join- tives en 27, les deux parties du circuit magnétique étant pressées l'une contre l'autre au moyen d'une bande métallique 28 appliquée et maintenue sous tension et dont les deux bouts sont lies ensem- ble au moyen d'un manchon d'accouplement 29. Comme les parties 23 et 26 forment des blocs solides, y compris les bras, par suite de l'opération de liaison pendant que le circuit magnétique se trou- vait encore sur le mandrin, et du fait que les bras sont verti- caux, les forces réparties sont dirigées suivant l'axe de ces bras.
Si, au contraire, le circuit enroulé est enlevé du man- drin directement après bobinage, c'est-à-dire avant recuit et cuisson, il fléchira comme indiqué à la figure 2, les différentes couches des parties 27a et 28a du côté intérieur de 1''enroulement étant poussées à l'intérieur de l'espace de la fenêtre. Cela est dû aux tensions créées dans le ruban d'acier, formant le circuit magnétique, pendant qu'il s'enroule.
En se reportant à la figure 3, on voit que les différen- tes couches de ruban d'acier 31 sont enroulées autour du mandrin 4 sous la tension créée par les rouleaux à freins 18 et 19 et la pression due aux galets de guidage 8 et 9; ainsi une certaine force est appliquée au ruban 7 ou 31 de tôle d'acier, force ne- cessaire pour plier le ruban d'acier autour des coins du mandrin et à nain tenir les différentes couches 1-'une bien contre l'autre.
Cette force dirigée vers l'intérieur peut être indiquée par la flèche 32 et est opposée à une resistance correspondante qui est A
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la force appliqu.ée par le mandrin 4 à travers la paroi 34 contre la force 32 nécessaire à maintenir les couches d'acier dans la position voulue. La figure 4 montre une partie 35 d'une seule des couches 31 telle qu'elle se présenterait si elle.était dérou- lée après enroulement pour un circuit magnétique. La figure 4 mon- tre une partie 36 ayant un pliage permanent épousant le coin du mandrin, et deux autres parties 37 et 39 de part et d'autre pliées en sens inverse, c'est-à-dire, dans le sens tendant à débobiner la couche du groupe de couches 31.
Lorsque le circuit magnétique est réalisé suivant le pro- cédé décrit ci-dessus, formant un tout indéformable avant d'être enlevé du mandrin, l'opération de liaison maintient les couches fermement dans la position voulue l'une par rapport à l'autre.
Si, au.contraire, le circuit magnétique est enlevé de son mandrin avant l'opération de liaison, les forces internes 32 créées pen- dant le bobinage ne rencontrent plus d'opposition de la part de la résistance 33 du mandrin et il s'ensuit que les forces 32 pous- sant vers l'intérieur font se contracter vers l'intérieur les cou- ches de tôle d'acier et l'enroulement fléchit suivant une forma caractérisée à la figure.2. Pour ces raisons, il a été nécessaire jusqu'ici de recuire, d'imprégner et de cuire les circuits magné- tiques pour en faire des circuits indéformables, avant de les en- lever des mandrins.
Suivant l'invention, le ruban d'acier 7 passe entre des galets de façonnage 39 et 40 (voir figure 5), donnant au ruban un pliage dans le' sens opposé à celui dans lequel le ruban est plié.lorsqu'il est enroulé sur le mandrin 4 qui façonne le circuit magnétique. Le ruban d'acier 7 passe ensuite dans un patin de freinage 41 pour être maintenu sous tension et il est.enroulé en- suite sur le mandrin 4.'Cette opération fait que les différentes couches de ruban du circuit magnétique, au moment de leur enroule- ment;
se placent bien l'une contre l'autre et épousent bien la forme de la couche précédente avec un minimum de pression de la
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part des galets de guidage,, de sorte qu'une grande partie de la force maintenant les couches étroitement liées est due aux forces existant au sein du ruban d'acier lui-même, forces créées lors du passage du ruban d'acier entre les galets 39 et 40, Une force 32 moindre suffit donc.
Connue le montrent lesfigures 6 et 7, on emploie une tête d'enroulement 42 comprenant un flasque 43 traversé par un mandrin 44 dont le coutour ex térieur, montée sur la figure 6, cor- respond à la forme de la fenêtre clu circuit magnétique à bobiner; ce mandrin est de plus légèrement trapézoïdal, avec la grande base du côté du flasque, comme le montre la figure 7. Cette inclinaison est très légère, de préférence de l'ordre de 0,5 pour cent le long des quatre faces du mandrin, de sorte que l'on pourra enle- ver facilement le circuit magnétique du mandrin après bobinage.
De plus les cotés longs 45 et 46 du mandrin 44 sont légèrement convexes, d'une quantité correspondant à une inclinaison de 0,5 pour cent. Le degré d'inclinaison et le degré de convexité des faces du mandrin sont si faibles, qu'il est impossible de les représenter à l'échelle. Ils sont, par raison de clarté, forte- ment exagérés sur la figure 6.
On se rendra donc compte que la dimension indiquée en 47 de la figure 7, correspondant à l'inclinaison du mandrin 44, est exagérée pour pouvoir être représentée convenablement. De même, la dimension 48 de la figure 10, montrant l'écart existant entre la verticale et la surface convexe du mandrin 44, est exa- gérée aussi pour la même raison.Avec les longues faces du mandrin légèrement convexes, comme décrit ci-dessus, lorsque la bande d' acier 49 est placée autour des deux parties en U du circuit ma- gnétique et serrée à fond au moyen de la bride 51,
les forces existant entre les deux pièces en U au droit des surfaces de con- tact 52 ne seront pas directement opposées l'une à l'autre mais plutôt dirigées suivant les flèches E et E' donnant une composan- te latérale E" qui pousse les deux bras jointifs de la pièce en
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U loin de la fenêtre contre la bande 49'au lieu de pousser dans la direction de la fenêtre.
Il est à noter que le mandrin 44 est entraîné par 1' a rbre moteur 54 de la machine à bobiner et que le mandrin va en s'amincissant du flasque 43 vers l'extérieur. Une fois que le circuit magnétique est bobiné et que le ruban d'acier formant le circuit est sectionné à son extrémité et fixé au circuit bobiné soit par soudure par point, soit par une pince, soit par tout autre moyen convenable, le circuit magnétique est enlevé du man- drin à l'aide d'un mécanisme qui pousse le flasque 43 vers l'ex- térieur par dessus le mandrin 44 ou qui retire le mandrin 44 par l'ouverture 55 à l'intérieur de la tête d'enroulement de la ma- chine à bobiner d'où le mandrin fait saillie.
Après enlèvement du noyau bobiné du mandrin. on le place de champ sur un support approprié, c'est-à-dire avec la surface, formée par les bords du ruban d'acier enroulé, à plat, et, dans cette position on le recuit, on l'imprègne d'une matière liante convenable et on le cuit toujours placé sur son côté. Ces opéra- tions suppriment beaucoup de la manutention nécessaire lorsque le circuit magnétique est recuit alors qu'il se trouvé encore sur le mandrin sur lequel il a été bobiné. On peut donc fabriquer des noyaux de façon bien moins coûteuse que dans l'ancien procédé dé- crit plus haut, dans lequel il faut un grand nombfe de mandrins pour pouvoir faire une production appréciable de ce genre de noyaux bobinés.
On se rendra compte que les quatre faces du cir- cuit bobiné peuvent être convexes, et pour certains noyaux les quatre faces peuvent être de même longueur.
Avec le procédé décrit ci-dessus, on peut construire des noyaux relativement petits. Pour fabriquer des noyaux de plus grandes dimensions, où les bras sont plus longs que la culasse, il est préférable d'utiliser une particularité supplémentaire de l'invention, pour laquelle on se référera à la figure 8 du dessin.
Lorsque les noyaux sont bobinés suivant le procédé de la figure 1,
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il a été constate que l'effet de pliage des galets de guidage n'est pas le même pour les quatre coins du mandrin. Si chacune des quatre surfaces du mandrin sur lequel le ruban d'acier s'en- roule, comme le montrent les figures 1 et 6, sont à 90 par rapport aux faces voisines, le pli du ruban d'acier donné par les galets de guidage lorsqu'il passe du grand côté au petit côté est nettte- ment moindre que le pli obtenu lorsque le galet passe du petit côté au grand côté.
Donc lorsque 1 es noyaux sont enlèves des man- drins., ilstendent à prendre la forme d'un rhomboïde., e'est-à- dire, la forme d'un parallélogramme dont les angles opposés sont, une paire, supérieurs à 90 et l'autre paire, inférieurs à 90 .
Ceci provient de ce que les forces appliquées en 32, comme le montre la figure 3, sont plus grandes pour une paire de coins op- posés que pour 7.'autre paire de coins de l'enroulement rectangu- laire.
Suivant un mode d'exécution de l'invention, cette ten- dance du noyau enroulé à prendre une forme dans laquelle les qua- tre coins ont des angles différents est combattue en donnant au mandrin une forme telle que, lorsque le ruban d'acier est enroulé, les angles de deux des quatre coins 61 et 62, comme le montre la figure 8, ont moins de 90 , tandis que les deux autres, 63 et 64, ont plus de 90 . Les angles formés par les surfaces qui se rejoi- gnent à ces quatre coins seront dans un rapport différent suivant les dimensions des noyaux. Ici, le mandrin est représenté avec ses coins 61 et 62 ayant un angle aigu d'environ 75 , tandis que les deux autres coins ont un angle obtus d'environ 105 . Avec un man- drin rectangulaire, le pliage est insuffisant aux coins 61 et 62 et trop fort aux coins 63 et 64.
En formant le mandrin comme un rhomboïde;, ainsi que le contre la figure 8, le pliage aux coins 61 et 62 sera augmenté par rapport au pliage obtenu avec un man- drin rectangulaire et le pliage aux coins 63 et 64 sera augmenté par rapport au pliage obtenu avec un mandrin rectangulaire. En déterminant convenablement le mandrin particulier adapté au bobi-
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nage d'un noyau particulier, le noyau magnétique peut être réalise de telle façon, que, lorsqu'on l'enlève du mandrin, le changement de forme qu'il subira par rapport à celle qu'il avait sur le man- drin sera tel, qu'on obtiendra un noyau avec des faces adjacentes perpendiculaires l'une à l'autre.
Il ressort de la description ci-dessus que l'invention permet d'obtenir une fabrication de circuits magnétiques enroulés, qui peuvent être facilement enlevés du mandrin et dans lesquels les tensions créées dans les couches du noyau pendant la fabri- cation le sont de manière à équilibrer les forces normales qui tendent à ce que le noyau fléchisse ou se déforme au moment où le noyau est enlevé du mandrin. Par conséquent, un noyau fabriqué suivant les données de l'invention, peut être facilement enl.evé de son mandrin. On tel noyau présente des tensions internes qui 1' empêchent de fléchir ou de se déformer, une fois enlevé du mandrin.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de fabrication d'un noyau magnétique, spécia- lement pour transformateurs, en enroulant un ruban de tôle d'acier, à perméabilité élevée, couche par couche sur un mandrin pratique- ment rectangulaire, caractérisé en ce que, avant le bobinage, on donne un pliage au ruban; de préférence au moyen de galets de fa- çonnage, dans un sens opposé au sens d'enroulement.