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NOYAUX DE TRANSFORMATEUR.
La présente invention concerne les noyaux magnétiques utilisés dans les appareils électriques à induction tels que des transformateurs.
Dans la fabrication des appareils électriques à induction tels que les transformateurs il faut veiller à réduire au minimum la magnétostric- tion de l'acier si l'on veut réaliser un transformateur ayant un faible niveau de brait. On a déjà modifié le traitement de la tôle magnétique constituant le noyau, dans le but d'obtenir des tôles d'acier à faible magnétostriction.
La fabrication et l'assemblage des tôles ont été également modifiés de nom- breuses fois dans le même but. Malgré les efforts faits pour maîtriser le phé- nomène de la magnétostriction le niveau de bruit d'un transformateur en ser- vice reste toujours un des problèmes difficiles de la fabrication des trans- formateurs .
L'invention a pour but principal de procurer un noyau pour appareil électrique à induction ayant un faible niveau de bruit.
L'invention consiste en principe en un noyau pour appareil élec- trique à induction caractérisé en ce que les tôles des parties de noyau et de culasse sont serrées en leur milieu seulement de façon que leurs extrémités soient libres de se mouvoir les unes par rapport aux autres dans des conditi- ons de travail déterminées de l'appareil et que les tôles ne soient pas entra- vées dans leurs mouvements d'extension.
Quelques formes d'exécution préférées de l'invention sont représen- tées à titre d'exemple aux dessins annexés.
La Fige 1 est une.vue en plan d'un circuit magnétique rectangulai- re, montrant l'effet, fortement exagéré, de la magnétostriction.
La Fig. 2 est une vue perspective d'une partie de noyau montrant l'empilage des tôles en matière magnétique.
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La fig. 3 est une vue en plan de deux parties de noyau semblables à celle de la Fig. 2, montrant comment les bobines ou enroulements sont mon- tés et les parties de noyau sont serrées suivant les indications de l'inven- tion.
La Fig. 4 est une vue en plan d'un circuit magnétique monté confor- mément à l'invention.
La Fig. 5 est une vue perspective d'un circuit magnétique de cons- truction classique.
La Fig. 6 est une vue de dessus d'un circuit magnétique du type re- présenté à la Fig. 5 mais conforme à l'invention.
La Fig. 7 est une vue de face du circuit magnétique de la Fig. 6.
La Fig. 8 est une vue de dessus d'un circuit magnétique à trois noyaux conforme à l'invention.
La Fig. 9 est une vue de face du circuit magnétique de la Fig. 8, et
La Fig. 10 est une vue en plan de l'assemblage des noyaux et cu- lasse d'un circuit magnétique triphasé montrant à titre d'exemple les joints des extrémités des tôles des différentes parties, les tôles étant forées ou poinçonnées dans le milieu de manière à être assemblées conformément à l'in- vention.
La Fig. 1 représente un circuit magnétique fermé constitué de tô- les 10 et comportant deux noyaux 12 et 14 et deux parties de culasse 16 et 18, les extrémités des différentes parties étant coupées en sifflet à 45 par rapport à l'axe longitudinal des tôles formant chaque partie,de sorte que les noyaux et les parties de culasse se présentent à angle droit et for- ment un circuit magnétique rectangulaire. Dans la construction courante, les noyaux et les parties de culasse sont réunies en serrant fortement les ex- trémités jointives des tôles de manière à obtenir un joint bout-à-bout ou à recouvrement de bonne qualité entre les extrémités des tôles de noyau et de culasse.
Les enroulements (non représentés) montés sur un tel noyau pro- duisent, quand ils sont excités, un bruit indésirable et inadmissible. Ce bruit est dû, suppose-t-on, au moins en partie à la magnétostriction des tô- les en alliage de silicium et de fer constituant le noyau. La magnétostricti- on de la matière magnétique est due à la dilatation et à la contraction des tôles soumises à une force magnétisante et peut être mesurée généralement en évaluant la variation de longueur par unité de longueur dans le sens de la magnétisation sous l'effet de la force magnétisante.
On conçoit facilement que la dilatation des parties de'culasse 16 et 18 due à la magnétostriction, représentée par les flèches en traits in- terrompus par opposition aux flèches en trait plein, force les noyaux 12 et 14 qui y sont réunis par serrage, de vibrer latéralement à la fréquence de la magnétostriction, les droites en traits interrompus 17 et 19 représentant, fortement exagéré, le mouvement des noyaux à la suite de la dilatation des parties de culasse 16 et 18.
Si le circuit magnétique 10 est conçu mécani- quement de façon que sa fréquence de résonance propre soit proche d'un des harmoniques de la magnétostriction, le noyau peut entrer en résonance entiè- rement ou en partie et le mouvement qui en résulte peut être un arcboutement au lieu de la vibration latérale représentée, ce qui augmente encore le ni- veau de bruit de l'appareil à induction.
Suivant l'invention, les parties de noyau et de culasse d'un cir- cuit magnétique peuvent être construites comme l'indique la Fig. 2 des des- sins. Comme le montre la Fig. 2.,le noyau 12 est constitué d'un empilage de tôles magnétiques 20 en une matière telle qu'un alliage de silicium et de fer à structure cristalline avec une orientation préférée dans le sens de lamina- ge de la tôle. Les extrémités des tôles 20 sont de préférence estampées, poin- çonnées ou découpées d'autre manière, afin de former des bouts en sifflet 21 à 45 par rapport au sens longitudinal de la tôle ou de l'empilage de tôles.
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Les tôles des noyaux 12 et 14 et des parties de culasse 16 et 18 empilées de cette façon sont serrées et immobilisées en leur milieu seulement.
La Fig. 3 représente les noyaux 12 et 14 assemblés au moyen d'un tirant 22.
Celui-ci consiste dans le cas présent en une paire de barres 24 appliquées sur des faces opposées des noyaux 12 et 14 et serrées au moyen de boulons 26 et 28, respectivement. Les barres 24 qui dépassent de préférence les noyaux 12 et 14 et sont placées à mi-hauteur, serrent ceux-ci en leur milieu seule- ment. Comme la Fig. le montre, on peut facilement glisser et mettre en place des bobines ou enroulements préfabriqués 30-32 et 34-36 sur les noyaux 12 et 14 en les enfilant par les extrémités des noyaux.
Comme le montre plus clairement la Fig. 4, les parties de culasse 16 et 18 sont assemblées et serrées de manière analogue, mais les bobines sont omises pour rendre le dessin plus clair. Les parties de culasse 16 et 18 sont maintenues au noyen d'un tirant 38 semblable au tirant 22 des noyaux.
Le tirant 38 consiste aussi en une paire de barres 40 appliquées sur deux fa- ces opposées des parties de culasse 16 et 18 en leur milieu et serrées au moy- en de boulons 42 et 44 respectivement, de manière à enserrer les parties de culasse 16 et 18 par leurs parties centrales. Dans tous les cas les barres et les boulons sont de préférence en une matière non magnétique ou sinon ces piè- ces sont, isolées du circuit magnétique.
Comme le montre la Fig. 4, les tirants 22 et 38 facilitent l'as- semblage des empilages de tôles des noyaux 12 et 14 et des parties de culasse 16 et 18 en un circuit magnétique rectangulaire dont les quatre branches ont des extrémités 46 se joignant à 45 . Les extrémités des tôles de noyau et de culasse ne sont soumises à aucune pression et peuvent se mouvoir librement par rapport aux tôles de la branche adjacente.
En pratique, les noyaux et parties de culasse n'ont pas leurs ex- trémités exactement jointives. La position des extrémités peut être réglée à volonté en disposant convenablement les tirants 22 et 38 sur les noyaux et culasse. Au lieu d'avoir des joints bout-a-bout à 45 sans aucun interstice entre les noyaux 12 et 14 et les parties de culasse 16 et 18, on peut prévoir un entrefer déterminé de 0,08 à 0,14 millième de pouce (0,002 ' à 0,0035 mm) par exemple, à l'endroit des joints 46, la largeur de l'entrefer dépendant des dimensions du transformateur.
On remplit les entrefers avec une très min- ce feuille ou bande 48 d'une matière résiliente faisant tampon, par exemple des résines ou une pellicule de matière vinylique au résorcinol qui empêche les extrémités jointives de s'accoler sous l'effet de l'attraction magnétique s'exerçant à la surface des joints sans cependant s'opposer à la libre di- latation relative des noyaux et culasse due à la magnétostriction. Que la matière résiliente 48 soit utilisée ou non,, la dilatation des tôles des par- ties de culasse 16 et 18, due à la magnétostriction, ne se transmet pas en une vibration latérale aux noyaux 12 et 14 réunis transversalement aux par- ties de culasse par l'intermédiaire d'un léger entrefer entre les extrémités jointives des tôles.
La Fig. 5 représente un circuit magnétique rectangulaire 50 de type courant à deux noyaux 52 et 54 de section cruciforme et des parties de culasse 56 et 58. Les noyaux et parties de culasse se joignent à l'endroit des angles du circuit rectangulaire et sont réunis au moyen de cornières d' extrémité 60-62 et 64-66 posées contre les faces latérales des parties de cu- lasse supérieure et inférieure respectivement. Dans la pratique courante, les empilages de tôles formant les noyaux 52 et 54 sont maintenus au moyen de plu- sieurs boulons 68 et 70 respectivement,et les cornières d'extrémité 60-62 et 64-66 sont attachées au circuit magnétique et maintiennent noyaux et culasse assemblés au moyen de boulons de serrage 72, 74, 76 et 78 traversant de part en part les sommets du circuit magnétique rectangulaire.
La pression de ser- rage est ainsi appliquée aux extrémités des tôles des noyaux et culasse et empêche ces extrémités de se dilater librement sous l'effet de la magnétostric- tion. La vibration qui en résulte lorsque le transformateur est en service pro- duit un bruit de niveau élevé.
Les Figs. 6 et 7 du dessin représentent un circuit magnétique 80 semblable à celui de la Fig. 5 mais conforme aux principes de la présente in-
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vention. Dans cette forme d'exécution, le circuit magnétique 80 est composé des noyaux 82 et 84 de section cruciforme et des parties de culasse supérieu- re 86 et inférieure 88. Les noyaux et parties de culasse sont constitués sem- blablement'd'empilages de tôles magnétiques, les faces planes opposées des noyaux 82 et 84 étant garnies de feuilles en matière isolante 90 et 92, sur lesquelles on pose des plaques de serrage 94 et 96.
Suivant l'invention, les piles de tôles magnétiques formant les noyaux sont serrées en leur partie cen-- trale au moyen de boulons de serrage respectifs 98 et 100 traversant de part en part les noyaux 82 et 84 par des ouvertures prévues à l'avance. Les tôles des noyaux 82 et 84 sont ainsi maintenues assemblées par les boulons de ser- rage respectifs, mais leurs extrémités restent libres n'étant pas soumises à la pression exercée par les boulons.
L'assemblage des parties de culasse 86 et 88 se fait en réunissant au préalable les cornières d'extrémité 102 et 104 (voir Fig. 6) au moyen d'en- tretoises de localisation 106 et 108 prévues aux deux extrémités de chaque cor- nière d'extrémité, la distance entre les deux cornières de chaque extrémité étant déterminée par la position des écrous 110 et 112 sur les entretoises 106 et 108 respectivement, les écrous servant de siège aux différentes cornières.
La distance entre deux cornières opposées dépend de l'épaisseur de l'empilage des tôles formant les noyaux et culasse plus les épaisseurs des feuilles iso- lantes 90 et des plaques de serrage 94 disposées de part et d'autre du noyau 82.
Les paires de cornières ainsi assemblées 102 et 104 sont glissées sur les empilages de tôles constituant les parties de culasse supérieure 86 et inférieure 88, des blocs isolants 114 étant disposés sur deux faces oppo- sées de chaque partie de culasse en alignement avec des ouvertures pratiquées à l'avance dans les tôles et dans lesquelles on introduit des boulons respec- tifs 116 et 118 au moyen desquels on serre fortement les parties de culasse supérieure et inférieure entre les paires de cornières respectives 102 et 104, de manière à maintenir les parties de culasse assemblées avec leurs ex- trémités soustraites à la pression de serrage.
Une fois les noyaux 82 et 84 et les parties de culasse 86 et 88 pré- assemblés sous la forme de quatre branches séparées serrées par leur milieu, celles-ci sont réunies comme le montre la Fig. 7, et les cornières d'extrémi- té 102 et 104 peuvent être réunies au moyen de tirants (non représentés) ou en soudant les bouts des plaques de serrage 92 et 94 aux cornières associées 102 et 104, comme indiqué en 120 à la Fig. 6. Quand noyaux et culasse sont ainsi réunis' , ils forment un tout, la seule pression de serrage appliquée aux diverses branches du circuit magnétique 80 l'étant en leurs milieux et leurs extrémités pouvant se dilater latéralement sans contrainte sous l'ef- fet de la magnétostriction.
Les Figs. 8 et 9 du dessin représentent une construction semblable 122 à trois noyaux. Comme dans la forme, d'exécution des Figs. 6 et 7, le cir- cuit magnétique 122 est composé de noyaux lamelles 124,126 et 128 assemblés et maintenus au moyen de boulons de serrage respectifs 130, 132 et 134, qui traversent respectivement les plaques de serrage 136, 138 et 140, les feuil- les isolantes 142, 144 et 146 et les tôles constituant chaque noyau, de maniè- re à appliquer la pression de serrage aux tôles des différents noyaux en leurs milieux.
De même les parties de culasse supérieures 148 et 150 sont serrées entre des cornières opposées 152 et 154 constituant la carcasse supérieure 156 et maintenues au moyen de boulons de serrage 158 et 160 prévus dans la partie centrale des tôles constituant les parties de culasse 148 et 150, des blocs isolants 162 et 164 placés sur deux faces opposées des parties de culasse servant à tenir compte des épaisseurs de la feuille isolante 142 et de la plaque de serrage 136 du noyau 124.
Gomme dans la forme d'exécution des Figs. 6 et 7, les cornières opposées 152 et 154 constituant la carcasse supérieure 156 et celles consti- tuant la carcasse inférieure 166 sont séparées par des entre toises appropriées 168 et 170 ou tirants réunissant ces cornières. Les entretoises 168 et 170 se trouvent à l'extérieur du circuit magnétique et n'entravent donc pas la dila-
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tation des extrémités libres des tôles due à la magnétostriction.
Les joints du circuit magnétique des formes d'exécution des Figs.
7 et 9 peuvent être de forme quelconque quoiqu'il soit préférable que les extrémités des tôles soient taillées en sifflet, de préférence à 45 par rap- port à l'axe principal de la tôlede manière à obtenir ainsi dans chaque coin des fenêtres de bobinage un joint à onglets, lors de l'assemblage des noyaux et culasse. Un type de joint pouvant être utilisé dans l'application de l'invention est représenté dans le circuit magnétique 172 de la fig. 10.
Celui-ci est composé d'une quantité de tôle de différentes longueurs décou- pées à l'avance.
Comme le montre la Fig. 10, les tôles composant les noyaux.et par- ties de culasse sont découpées et agencées de telle façon que les joints in- versés dans les noyaux extérieurs et les parties de culasse, ainsi que dans le noyau centrale forment dans chaque couche de tôles des lignes droites in- clinées sur l'axe longitudinal des tôlesde sorte que pratiquement tout le flux circulant dans chaque couche de tôles suit une ligne droite parallèle au sens de laminage de la tôle, et de façon que les joints dans les couches de tôles voisines dans tout angle du circuit magnétique soient dirigés parallè- lement afin de constituer un recouvrement de largeur pratiquement constante entre les joints des couches voisines.
On remarquera que d'autres types de joints peuvent être utilisés dans Inapplication de l'invention et que, même dans le cas du circuit magné- tique 172 de la Fig. 10, les tôles comportent des trous pratiqués à l'avan- ce 176 et 178 servant à recevoir les boulons de serrage qui traversent noyaux et culasse, comme il a été expliqué lors de la description de la forme d'exé- cution de la Fig. 9. On constatera donc que la pression de serrage est appli- quée dans la partie centrale des noyaux et culasse constituant le circuit mag- nétique de la Fig. 10 et que leurs extrémités peuvent se dilater librement sous l'effet de la magnétostriction.
Afin d'éviter les tensions introduites par le découpage des trous de boulons, ceux-ci seront dans tous les cas dé- coupésavant le recuit et de préférence au moment du découpage à forme et à dimension des tôles;, les tensions introduites disparaissant lors du re- venu.
Afin de démontrer l'utilité de l'invention,on a mis à l'essai deux circuits magnétiques identiques à tous les points de vue sauf que l'un d'eux avait été monté conformément aux principes de l'invention, la pression de serrage étant appliquée dans la partie centrale des noyaux et culasse, et que l'autre avait été serré de la manière ordinaire. On a constaté que l'énergie de bruit du circuit magnétique conforme à la présente invention était inférieure de plus de 50% à celle du circuit magnétique classique.
De plusl'induction peut être augmentée de 15% dans le nouveau circuit mag- nétique alors que son niveau de bruit reste toujours inférieur à celui d'un circuit magnétique semblable de construction classique.
Quoiqu'en se référant à la forme d'exécution de la Figo 4, on ait décrit l'invention en signalant l'enploi d'une lamelle 48 de matière ré- siliente entre les extrémités des noyaux et des parties de culasse,, il est entendu que l'on peut construire des circuits magnétiques sans la mince la- m.elle de matière résiliente. Les noyaux et parties de culasse peuvent donc être a.ssemblés avec un faible entrefer entre leurs extrémités,cet entrefer étant suffisant pour permettre la libre dilatation latérale des tôles des différentes branches sous leffet de la magnétostriction.
En pratique, si la matière résiliente est absente, lorsque le circuit magnétique est immer- gé dans un diélectrique (non représenté),. celui-ci remplira l'entrefer et jouera plus ou moins le rôle de tampon entre les extrémités des tôles.
Le circuit ma.gnétique de la présente invention s'écarte radicale- ment de la technique classique de construction des circuits magnétiques et confère aux appareils électriques à induction qui l'utilisent des avantages appréciables par rapport aux appareils à induction de forme connue.Tout en s'écartant de la technique classique, le nouveau circuit magnétique est de
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construction relativement simple et facile.
REVENDICATIONS
1. - Circuit magnétique comportant des noyaux et des parties de cu- lasse assemblés de manière à constituer un circuit magnétique pratiquement rec- tangulaire dont les diverses branches se joignent aux sommets du rectangle, chaque partie de noyau et de culasse étant composée d'un empilage de tôle en matière magnétique mince, caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs de serrage placés uniquement dans la partie centrale de chaque partie de noy- au et de culasse et servant à maintenir assemblés les empilages de tôles de chaque branche, les extrémités de celles-ci étant soustraites à la pression de serrage,
et des dispositifs pour réunir les parties de noyau et de culasse en un circuit magnétique dont les joints dans les angles sont soustraits à la pression de serrage de manière que les extrémités des diverses branches puis- sent se mouvoir les unes par rapport aux autres dans des conditions de tra- vail déterminées.