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Procédé de fabrication, de noyaux magnétiques.
L'invention concerne les appareils à induction électrique, tels que les transformateurs, et en particulier le noyau ou circuit magnétique de ces appareils et le procède de fabrication des noyaux.
Beaucoup d'aciers au silicium du commerce ont leur orien- tation de meilleure magnétisation des cristaux dans le sens du la- minage, les propriétés magnétiques étant meilleures dans cette di- rection que dans les autres. C'est-à-dire que, lorsque les lignes de fore'? du flux magnétique traversent l'acier dansla direction préférée, les pertes dans le noyau sont minima et la perméabilité de l'acier est supérieure à ce ou'elle serait lorsque les lignes de force passent dans l'acier 'suivant une direction oblique à. la direction préférée, et ces propriétés sont les moins bornes lorsque
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les lignes de force sont perpendiculaires à cette direction pré- férée.
Il s'ensuit que si un noyau est formé d'un ruban de tôle d'acier dont le grain a sa. direction d'orientation préférée dans le sens longitudinal et si les lignes de force du flux magné- tique parcourent la. bande dans ce sens, on disposera d'un noyau à haute perméabilité et à faible perte.
Dans une forme d'exécution de noyau connue utilisant ces propriétés de l'acier, les enroulements de noyau ou matière magnétique formant les circuits magnétiques du noyau sont réalisés par bobinage d'une bande ou ruban continu de tôle magnétique couche par couche. Ces couches sont ensuite liées entre elles en remplis- sant de couches d'un. liant les vides entre couches ou spires de matière magnétique, constituant ainsi un bloc feuilleté solide ou indéformable qui comporte entre toutes les couches de tôle d'a.cier une pellicule intermédiaire formant liant.
Lorsque le ruban d'acier formant le noyau est ainsi. enroulé couche après couche, ces couches liées entre elles de façon à former un enroulement indéformable sont sectionnées en segments distincts et les faces sectionnées sont usinées de manière à bien s'épouser, et à former des joints bien ajustés quand ces segments sont glissés dans la bobine du transformateur. Les tôles du noyau magnétique sont maintenues ensemble en une masse compacte de sorte qu'il n'y a ni vibration ni mouvement relatif des diffé- rentes couches.
Quand ces opérations sont bien exécutées, on obtient un noyau de transformateur de haute qualité. L'entrefer à l'endroit des joints est minime et il en est de même des pertes correspon- dantes.
Conformément à la présente invention, on fabrique des noyaux qui dans leur forme finale sont semblables aux noyaux en-
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roulés, liés et sectionnés comme décrit ci-dessus, mais cette nouvelle fabrication exige moins d'opérations que précédemment.
Suivant l'invention, on obtient des segments de noyau formant pra- tiquement des demi-noyaux en cintrant des empilages de tôles. Un groupe de tôles de forme et disposition appropriées sont réunies de façon à former un paquet de tôles en forme de U, et, après un tra.itement approprié de parachèvement du segment de noyau en forme de U, celui-ci est associé à un paquet de tôles en forme de U semblable pour former un circuit magnétique complet.
Différentes formes d'exécution préférées de l'inven- tion sont représentées à titre d'exemple dans les dessins annexés.
La figure 1 est une vue de profil d'une machine pour cisailler une bande de tôle d'acier magnétique de manière à obteni.r un. empilage de tôles de longueur uniformément variée;
La figure 2 est une vue en élévation d'un paquet de tôles à la sortie de la machine.
La. figure 3 est une vue en élévation d'un paquet de tôles disposées de façon que l'inclinaison soit la même aux. deux extré- mités des tôles,
La figure 4 est une vue en perspective d'un. paquet de tôles serrées dans des "V" métalliques en acier de façon à dis- poser les tôles de la manière voulue.
La. figure 5 est une vue de face d'une presse servant à cintrer le paquet de tôles en forme de U, cette presse se trouvant dans la position précédant le cintrage.
La figure 6 est une vue de face de la presse de la figure 5 dans la position finale après cintrage.
La figure 7 est une vue de profil d'une partie de la presse représentée aux figures 5 et 6, le paquet de tôles posant sur les rouleaux, avant cintrage.
La figure 8 est une vue en plan d'une autre farine de
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presse.
La figure 9 est une vue de profil de la presse de la figure 8.
La figure 10 est une vue en bout de la presse de la figure 8.
La figure 11 est une vue en plan de la presse de la figure 8, en position finale après cintrage du segment de noyau en forme de U.
La figure 12 est une vue de profil des tôles de noyau cintrées en U et placées verticalement sur une plaque horizontale.
La figure 13 est semblable à la figure 12 et montre comment le paquet de tôles est disposé sur la plaque horizontale de façon que leurs extrémités forment des joints bien ajustés.
La. figure 14 représente deux segments de noyau en forme de U semblables au paquet de tôles de la figure 12 et réunies de manière à. former un circuit magnétique compote et
La figure 15 représente les deux mêmes segments de noyau de la figure 14 muniss de leurs bobinages et arrangés de façon que leurs extrémités s'adaptent convenablement.
En se référant aux dessins, et, en particulier, à la figure 1, on y voit une machine pour cisailler une bande ou ruban de tôle magnétique et en faire un paquet de tôles plus courtes dont la longueur varie régulièrement dans une pile donnée de ces bandes. Cette machine comprend un bâti 1 sur lequel est monté le couteau inférieur 2 d'une cisaille, le couteau supérieur 3 étant fixé à une tête mobile verticalement 4 montée sur un cadre supé- rieur 5. Le couteau 3 solidaire de la tête 4 et de 1''arbre 6 peut se déplacer verticalement sous Inaction d'un moteur'(non représenté) commandé par une pédale 7 de manière classique.
Le ruban d'acier 11 a découper en tôles plus petites passe entre deux rouleaux 12 qui font avancer le ruban vers la
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droite (voir figure 1), sous une plaque de guidage supérieure 13 pressée vers le bas au moyen d'un ressort 14 localisé entre le cadre 5 et la plaque de guidage 13. Le couteau supérieur 3 de la cisaille se trouvant dans sa position la plus élevée (position de la figure), le ruban d'acier 11 à découper passe entre les rouleaux 12, son,: la plaque de guidage 13, sur la table de découpage 15 jusque contre la butée inclinée 16 sur la table 15; son de la butée sert à déterminer l'angle de pente a l'extrémité du paquet de tôles cisaillées.
La table de découpage 15 est montée sur une tige 17 coulissant à frottement dur dans l'alésage d'un serre-tige 18 monté sur une partie 19 du bâti. Une semelle de guidage 21 est placée sur le paquet de tôles découpées 22 et fixée au cadre 5 par l'intermédiaire d'un cylindre ou tige 23.
A chaque mouvement descendant du couteau supérieur 3, la semelle de guidage 21 presse le paquet de tôles découpées vers le bas, faisant ainsi descendre la table d.e découpage 1.5 en forçant la tige 17 qui la supporte à coulisser dans le serre-tige 18. Celui- ci est arrangé de façon à permettre à la tige 17 de glisser, à chaque descente de la semelle de guidage 21, d'une hauteur égale à l'épaisseur d'une tôle ou bande découpée servantà former le paquet de tôles 22. Au mouvement ascensionnel de retour, la semelle de guidage 21 remonte d'une quantité suffisante pour laisser entre elle et les tôles déjà découpées un espace permettant le passage de la bande suivante amenée sous la plaque de guidage 13 par les rouleaux 12,
entre la semelle de guidage 21 et le paquet de tôles déjà découpées 22, jusqu'à ce que la. bande vienne s'arrêter contre la butée inclinée 16 et se trouve ainsi en position pour le dé- coupage, à longueur voulue, de la tôle suivante.
Lorsque l'on a découpé, hors de la bande 11, une quantité suffisante de tôles, on enlevé le paquet de tôles de la cisaille et il se présente sous la forme représentée à la
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figure 2. Du côté 24, les extrémités des différentes tôles sont bien exactement alignées, tandis que du côté 25 ces extrémités sont disposées en escalier sous un angle égal à la pente de la butée inclinée 16 placée sur la machine pendant le découpage. On redis- pose ensuite ces tôles comme à la figure 3, de façon que les deux extrémités aient la même inclinaison comme en 26.
On obtient ceci, en utilisant des "V" en acier 27 (voir figure 4) qui permettent de disposer les tôles du paquet 22 de telle façon qu'une tôle quelconque dépasse sa voisine Immédiatement supérieure d'une même quantité à ses deux extrémités.
Sur la figure 4,un. serre-joint 28 enserre, entre ses parties supérieure et inférieure 29 et 31, le paquet de tôles.
Une cale 32 glissée dans le serre-joint maintient les tôles suffi- samment serrées pour qu'elles forment un bloc homogène lors de l'opération suivante. T,e paquet de tôles enlevé de la cisaille de la figure1 et arrangé cornue à la figure 3, est ensuite portée dans un four, à une température de 725 C ou plus, jusqu'au rouge.
Le paquet de tôles encore chaudes est placé sur les rouleaux d'une -presse, dans la position de la. figure 5, les deux extrémi- tés du paquet ayant la même inclinaison et le milieu du paquet se trouvant exactement sous le centre du poinçon ou mandrin 43.
Les tôles peuvent être disposées de façon à avoir la même incli- naison deux extrémités du paquet, à chaud ou à froid.
La presse représentée aux figures 5 et 6 comprend une plaque de base ou socle 35 sur laquell.e sont montées des semelles réglables 36 portant une paire de rouleaux 37 ayant chacun une gorge de profilage incurvée 38 dont la largeur est égale à la largeur du paquet de tôles 22 posé sur le fond des gorges des rouleaux et enserré par les semelles réglables 36 d'une part et les flasques des rouleaux 39 (voir figures 5 et 7) . Un cylindre pneumatique 41 est monté à la partie supérieure de la base 35. Un
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piston 42 sort du cylindre par sa face inférieure, et porte un poinçon ou mandrin 43 monté de façon à descendre entre les deux rouleaux 37,a égale distance de ceux-ci.
Le mandrin 43 a une forme généralerectangulaire. Quand il descende sous la pression du cylindre pneumatique 41, son extrémité Inférieure vient en contact avec la face supérieure du paquet de tôles 22, exactement au centre de celui-ci.
Le mandrin 43, dans sa descente, passe entre les rouleaux 37, les fonds de gorges 38 forçant le paquet de tôles à se cintrer en forme de U autour du mandrin 43. Les rouleaux 37 sont assez distants 7.'un de l'autre pour permettre aux tales 22 --- se trouvant entre les fonds de gorges 38 des deux rouleaux et les parois 44 du mandrin 43, de se cintrer facilement autour du man- drin 43 et de se disposer verticalement le long des parois oppo- sées de ce mandrin, comme indiqué à la figure 6.
La presse représentée aux figures 5 et 6 comprend un mécanisme servant à appliquer une pression sur les extrémités du paquet de tôles dirigées vers le haut après cintrage autour du mandrin 43; ce mécanisme contient une plaque de fond 45 venant en contact avec la partie inférieure du paquet de tôles 22, quand celui-ci est poussé vers le bas par le mandrin 43. La plaque de fond 45 est montée sur une tige centrale 6 passant par une ouver- ture pratiquée dans une oreille prolongeant la plaque de base 35, et poussée vers le haut par un ressort il,8 dont l'extrémité infé- rieure est en contact avec une butée 49 montée sur un prolongement du socle 35,
et dont l'extrémité supérieure pousse contre une ron.- delle 51 portée par la tige 46. Quand le paquet de tôles en forme de U 22 descend, sous l'impulsion du mandrin 43, et vient en con- tact avec la plaque de fond 45, celle-ci descend à son tour a.vec la ti-e 46 et comprime le ressort 48 entre la butée fi.xe 49 et la rondelle ou butée 45 jusqu'à venir en contact a.vec les bras 52 d'une paire de leviers 53 montés sur des pivots 54 fixés eux-mêmes ()au socle 35.
Les extrémités supérieures des leviers 53 sont atta-
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chées au moyen de pivot:; 55 à des bras latéraux 56 munisà leurs extrémités intérieures de serre-joint 57 entre lesquels les par- ties verticales des tôles en forme de U passent, quand le mandrin 43 descend entre les rouleaux 37. Quand la plaque de fond 45 descend, les serre-joint 57 se déplacent légèrement vers l'inté- rieur contre les parois verticales du paquet de tôles en forme de U, comme indiqué à la figure 6. Les bouts extérieurs des bras latéraux 56 passent par des ouvertures pratiquées dans des butées 58 formant corps avec le socle 35, contre lesquelles des ressorts 59 viennent s'appliquer.
Les extrémités extérieures des ressorts sont en contact avec des rondelles 61 portées par les bouts ex- térieurs des bras latéraux 56 d'une manière quel conque, comme au moyen d'écrous 62 vissés sur les bouts filetés des bras latéraux 56.
A la fin de l'opération de cintrage, le mandrin 43 est remonté par renversement du fonctionnement du cylindre pneumatique 41, et le segment de noyau en forme de U est libéré par un mouve- ment renversé des serre-joint 57 sous l'effet des ressorts 48 et 59. Ainsi, le paquet de tôles 22 a pris la forme d'un demi-noyau, la bande la plus courte étant la tôle intérieure et la bande la. plus longue Atant la tôleextérieure du segment de noyau en forme de U terminé.
A ce moment, on peut continuer de deux manières. La figure 6 représente le paquet de tôles en forme de U ayant toutes leurs extrémités à niveau. Il est très difficile de couper les différentes tôles du groupe avec une précision telle qu'une fois cintrées en U leurs extrémités viennent se placer exactement à niveau.
Pour éviter les difficultés résultant d'extrémités mal nive- lées, on choisit les longueurs des différentes tôles du paquet de façon aucune fois cintrées, les tôles extérieures soient toujours plus longues que les intérieures et ceci progressivement le l'ex- térieur vers l'intérieur, comme indiqué à la figure 12. La diffé-
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rence entre les diverses tôles est exagérée au dessin, pour la clarté de l'exposé du principe suivi.
Conformément à un des procédés, les segments de noya.u en forme de U sont d'abord imprégnés d'un liant qui s'infiltre entre les tôles, et deux segments de noyau sont réunis comme en 70 à la figure 14, et les bobines de transformateur 69 sont glissées sur le noyau et alimentées en courant continu. Quand les bobines sont alimentées de cette manière, les tôles des deux demi-noyaux sont attirées individuellement les unes vers les autres et s'ali- gnent automatiquement les unes contre les a.utres, comme indiqué en 51 à la figure 15.
Ceci se réalise pendant la cuisson des noyaux dans un four à une température de 200 C, pendant une durée (envi- ron cinq heures) qui va.rie suivant le liant employé pour imprégner les tôles avant l'alimentation en courant continu des bobines 69.
On obtient ainsi un noyau de transformateur complet prêt à l'usage.
Les colles pouvant convenir comme liants pour maintenir les tôles assemblées sont connues. Une résine d'imprégnation, ou liant, particulière convenant pour de telles applications est une composition contenant 42,5% d'acétal de polyvinyle, 42,5% d'acétate de polyvinyle et 15% d'un résidu résineux d'acide crésylique et de formaldéhyde. Cette composition est dissoute dans un solvant à deux parties de toluène ou xylène et une partie d'alcool éthyli- que de façon à former une solution à. 25% ou 40%. Cette composition a donné des forces d'adhérence de 750 livres par pouce carré à 1290 livres par pouce carré (53 à. 90 kg/cm2) entre tôles.
Le liant peut être appliqué par imprégnation sous vide aux tôles des pa- quets en forme de U de manière classique, les différentes tôles étant ainsi séparées entre elles par des couches de liant isolant.
Une matière de ce genre, chimiquement inerte, adhère fortement aux deux tôles entre lesquelles elle se trouve, grâce à. quoi les tôles tiennent solidement ensemble de manière à. former une pièce rigide.
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Un procédé de finition des parties de noyau en forme de U après cirtrage, consiste3 imprégner le paquet de tôles ayantla forme de la figure 12, en plongeant les segments de noya.u dans une résine d'imprégnation dans une chambre sous vine, comme décrit plus haut, et à placer ensuite les segments en U, cornue en 7?à la figure 12, sur une plaque horizontale 73, avec les bouts des tôles dirigés vers le bas. Cette plaque portant les tôles en U est alors placée dans un four de cuisson à une tempé- rature suffisante pour.cuire et durcir le liant entre les tôles.
Les bouts des tôles se mettront à piveau comme en 74 de la figure 13, en augmentant les écartements entre les tôles à la partie horizontale 75 du pa.quet en forme de U. En cours de cuisson, le liant durcit, chaque couche de liant adhérant aux deux tôles en- tre lesquelles elle se trouve, grâce à quoi le paquet de tôles forme un tout indéformable.
Pour s'assurer entièrement de la mise à niveau'des extrémités des parties de noyau en forme de U, on peut parachever par meulage et attaque à l'aide. Le meulage peut se faire par exemple en appliquant les segments de noyau en forme de U contre une surface de meulage plane mobile, les extrémités des tôles étant en contact avec la surface de meulage en substance perpendi- culairement à la direction de déplacement de la surface de polis- sage.
Le meulage effectué pour obtenir une surface de joint bien ajustée dans un plan réel, produit de petites bavures qui court-circuitent la matière magnétique en enjambant les couches de liant à la surface, et détruisent partiellement l'effet du feuilletage du circuit magnétique, ce qui accroît et les pertes dans le fer et le courant magnétisant de l'appareil électrique, si on ne les enlevé pas. Il est donc bon de faire disparaître ces bavures, et on y arrive en appliquant, pendant un court
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instant sur les faces d'extrémité des segments de noyau, un acide.
Cette application peut se faire de toute manière convenable. On peut plonger ces faces d'extrémité de la partie de noyau en forme de U, pendant 30 secondes, dans une solution d'acide nitrique à 30%, et appliquer ensuite du carbonate de sodium pour neutraliser l'acide. Cette neutralisation de l'acide doit s'opérer de telle façon que les bavures soient enlevées sans attaque de la face du segment de noyau lui-même.
Dans le procédé de formation de segments de noyau en forme de U décrit ci-dessus, le paquet de tôles est cintré à chaud. On peut former des segments de noyau semblables -- froi.d.
Pans ce dernier procédé, on peut employer une presse de cintrage semblable à celle représentée aux figures 8, 9, 10 et 11. Les -partiesessentielles de la presse sont représentées schématique- ment sur ces quatre figures. Dans cette forme de presse, la pla- que de base ou socle 81 peut être placée horizontalement. Les deux paroislatérales de la plaque 81 sont muniesde rails ou guides 82 dépassant, en hauteur, la face supérieure de la plaquer ces guides 82 sont pourvus à leur tour à leur partie supérieure de guides ou. rails supérieurs 83 plus larges débordant vers !-'intérieur.
LTn mandrin 84, généralement de forme rectangulaire, est fixé au centre de la face supérieure de la base 81 au moyen d'une cale trapézoïdale 85 ajustée de façon que l'extrémité supé- rieure 86 du mandrin 84 vienne en contact avec le paquet de tôles 22, lorsque les tôles se trouvent dans la positicn indi- quèe à la figure 8. Le paquet de tôles qui a été découpé de la. même façon que da.ns l'autre procédé et disposé cornue à la figure 3, est placé entre des butées 87 ayant des faces planes 88 inclinées de façon correspondant à l'inclinaison des extrémi- tés du paquet de tôles 22.
Une pièce de profilage 91 a ses par- ties latérales 92 placées contre les butées 87 et terminées par
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des congés 93 allant de l'extérieur vers l'intérieur, de l'ex- trémité du paquet de tôles a.u bord d'une pièce d'arrêt 94. La. lar- geur 95 de lpièce d'arrêt 94 correspond à la largeur du segment de noyau en U achevée comme on le voit clairement à la figure 11.
Une plaque-support supérieure 96 est placée au-dessus de la pièce d'arrêt 94 et des parties latérales 92 de la pièce de profilage 91.
Cornue on peut le voir à la figure 10 ainsi qu'aux figures 8 et 11, en pointillé, les butées 87 et les parties latérales 92 s'étendent sous les guidés supérieurs 83 et glissent le long des faces i.nté- rieures des guides 82 et 83. La. pièce de profilage 91 qui comprend les parties latérales 92 est terminée à sa partie supérieure par un arbre de commande 97 relié à une source d'énergie convenable telle qu'un cylindre à. air comprimé (non représenté) qui peut être semblable à celui représenté aux figures 5 et 6.
Après mise en place pour le cintrage, le paquet de tôles 22 (voir figures 8, 9 et 10) est serré par les butées 87 qui disposent convenablement les deux côtés inclinés.du paquet, par les congés 93 des parties latérales 92, ainsi au'entre le mandrin 84. et l'arrêt 94. Sous l'action de la presse, lesbutées 87 et les partieslatérales 92 -descendent (voir figures 8 et 11.), tan- dis que le mandrin 84 et la pièce d'arrêt 94 restent en placée.
Les congés 93 des pièces latérales 92 servent de pièces de pro- filage pour cintrer les tôles autour du l'extrémité du mandrin rectangulaire 84. Les pièces latérales 92 descendent assez bas pour que les parois latérales parallèles du paquet de tôles en forme de U viennent en. contact avec les parties droites parallèles 98 et prennent ainsi leur forme définitive, comme à la figure 11.
Après cintrage, le paquet de .tôles 22 en forme de U est enlevé de la presse et serré dans une forme métallique qui maintient les tôles dans la position voulue pendant une opération de chauffe. Celle-ci se fait dans un four où le paquet de tôles
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en forme de U est porté une température d'environ 7?5 C ou plus, et refroidi ensuite.
Après refroidissement, les segments de noyau en .forme de U sont ensuite assemblas soit suivant le procède indi- qué aux figures 14 et 15 dans lequel les paquets de tôles en forme de U sont d'abord imprégnés d'un liant, amenés ensuite dans leur position définitive en faisant passer du courant continu dans les bobines de la figure 15, et enfin cuits de façon à sécher et dur- cir le liant, soit suivant le procédé dans lequel le paquet de tôles en forme de U est imprégné de liant, placé sur une surface plane, comme décrit aux figures 12 et 13, et cuit jusqu'à séchage et durcissement du liant, après que les tôles ont pris leurs posi- tions définitives, cornue à la figure 13.
Les segments de noyau en forme de U ainsi formés peu- vent être polis et attaqués à l'acide suivant le procédé cité. pour la fabrication des noyaux à chaud.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.