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présente invention se rapporte d'une façon générale aux éléments inductifs miniatures ou subminiatures, comprenant des induct.ances et des transformateurs, et à des procédés pour fabri- quer de tels éléments.
Il'est habituel dans la technique de la fabrication d'in- ductances et de transformateurs de bobiner un ou plusieurs enroule- ments sur une bobine en matière isolante et d'associer'à la bobine un noyau magnétique fabriqué en matière magnétique feuilletée ou pulvérulente. La bobine doit avoir une rigidité mécanique suffisante pour ne pas se déformer sous les efforts de bobinage des enroule- ments. Dans des transformateurs ou inductances ou éléments similai-
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res, miniatures et subminiatures, destinés à des applications à bas voltage, une fraction allant jusqu'à 40 de l'ouverture du noyau habituel peut être occupée par la bobine même.
Suivant la présente invention, la bobine d'une inductan- ce ou d'un transformateur miniature ou: subminiature est fabriquée et à partir d'une matière magnétique non en poudre /d'épaisseur unifor- me et constitue le noyau 'aussi bien que la bobine destinée à.rece- voir l'enroulement. Une fine couche d'un enduit isolant sur la bobi- ne assure l'isolation entre noyau et enroulement appropriée pour bien des usages et la matière magnétique peut être une matière en feuille, d'alliage nickel-fer, pour présenter les propriétés magné- tiques désirables, une rigidité complète et pour assurer une écono- mie de fabrication. Pour compléter le circuit magnétique du noyau, une envel o ppe ou fourreau en une matière magnétique en feuille peut être adjoint à la bobine, suivant l'axe de celle-ci.
La bobine et son fourreau peuvent être cylindriques de section circulaire pour faciliter le bobinage et pour assurer une économie à la fois de fabrication et de matière.
Dans la constitution décrite ci-avant, le noyau et son fourreau forment ensemble une spire simple en court-circuit, ce qui déterminerait aux hautes-fréquences des pertes considérables par courants de Foucault. Les pertes par courants de Foucault peuvent être réduites radicalement par une fente ou coupure radiale de la bobine et du fourreau, la fente ou coupure dans un flasque de la bo- bine offrant une sortie convenable aux,fils conducteurs de l'enrou- lement ou des enroulements, que peut porter la bobine. Les fils fins dont les enroulements sont faits, peuvent alors être soudés ou fi- xés autrement à des fils de plus gros diamètre, qui peuvent passer dans l'ouverture axiale de la bobine,et y être fixés.
Ce mode de construction simplifie la fabrication et donne un élément dans le- quel les fils conducteurs peuvent supporter un effort considérable sans risque de se séparer de l'enroulement proprement dit.
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On peut fixer étroitement le fourreau extérieur aux flas- ques de la bobine en plaçant autour de l'ensemble fini un manchon fait d'une matière plastique rétréciss'ajble,. qui se détend lorsqu'on la traite par un solvant volatil et qui se contracte lorsque le solvant s'évapore. La contraction du manchon est uniforme et se produit régulèrement en fonction du temp$' et la pression appliquée par le manchon est uniforme sur toute la circonférence du fourreau, ce qui assure un contact uniforme et serré du fourreau sur la bobi- ne. En imprégnant le transformateur à l'aide d'une matière plastique à fort pouvoir adhésif, telle qu'une résine du type des résines époxy, on peut enlever le manchon pastique après polymérisation de la résine, ce qui laisse un ensemble complètement scellé et rigide.
A titre de variante, le manchon plastique peut subsister,si cela convient mieux.
De petites inductances, telles que des transformateurs, fonctionnent fréquemment avec un courant continu dans un ou plu- sieurs enroulements, ce qui tend à saturer le noyau. Ceci est com- pensé normalement par un entrefer d'épaisseur choisie avec préci- sion. Dans des noyaux suivant la présente invention, l'effet d'un entrefer variable peut être obtenu par réglage de la position axia- .le relai ve du noyau et du fourreau. On peut effectuer un ajuste- ment jusqu'à atteindre un état optimum pour un circuit donné et fi- xer alors le fourreau, par exemple par collage ou par le moyen des forces de friction fournies par le manchon plastique.
Lorsqu'on cherche à former des entrefers convenables dans les noyaux de transformateurs miniatures ou subminiatures, ces en- trefers doivent être extrêmement minces. On a trouvé que des joints d'aboutement dans des éléments à construction feuilletée détermi- nent une réactance indûment basse, du fait que les entrefers sont grands par rapport à la dimension du noyau, tandis que l'entrecroi- s em ent des feuillets assure une saturation élevée mais d'une fa- çon non réglable et non reproductible. De manière générale,les pro-
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blèmes mécaniques: posés par l'obtention d'entrefers optimum et re- productibles dans. des transformateurs miniatures et, subminiatures nont pas été résolus.
La facilité de réglage des entrefers dans dès constructions suivant la- présente invention a au contraire.; pen- mis de créer destypes d'éléments optimum,. et de façon, économique..
Dans un cas, où l'on a comparé les performances d'éléments à feuil- lets estampés et d'éléments construits suivant la présente inven- tion, on a obtenu 50 milliwatts avec 5 % de distorsion dans un; transformateur fabriqué suivant la présente invention.contre 1 mil- liwat pour une construction feuilletée de-même dimensi'on.
Les inductances fabriquées suivant la présente invention peuvent être employées comme inductances saturables par adjonction d'un enroulement auxiliaire saturateur. Ge dernier peut passer dans l'ouverture axiale du noyau et autour des flasques. Si on le .désire, l'enroulement bobiné directement sur la bobine peut servir d'enroulement saturateur et l'autre d'enroulement principal, c'est- à-dire les fonctions des deux enroulements peuvent être interchan- gées.
Comme autres variantes de l'invention,on peut utiliser des bobines à plus de deux flasques pour former un noyau d'enrou- lèsent multiple et le manchon peut être une pièce cylindrique uni- que pour toutes les sections de la bobine ou bien il peut y avoir des fourreaux distincts pour les diverses sections de la bobine.
Bien que le fourreau soit-de préférence fixe autour de la jante des flasques et à l'extérieur de ceux-ci, il est également faisable que les fourreaux soient disposés entre les parois des flasques. Quelle que soit la construction, l'entrefer qui réduit la saturation est toujours facilement réglable sans que l'on ait à faire appel à des procédés de fabrication coûteux et lents.
Suivant une autre variante de l'invention, la bobine peut dans ses stades initiaux de fabrication être pleine, c'est-à-dire ne pas comporter d'ouverture axiale. Il est néanmoins désirable que la bobine ne constitue pas une spire en court-circuit du point de
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vue électrique. Dans ce but, des fentes radiales sont prévues dans les jours de la bobine et ces fentes se continuent dans le noyau plein de la bobine sous forme de fente axiale. Cette dernière peut avoir une profondeur égale à 50 % ou plus du diamètre du noyau plein et elle remplace l'ouverture axiale cylindrique autrement utilisée dans diverses formes d'exécution préférées de l'invention.
La présente invention permet donc de fabriquer une in- ' ductance miniature ou un noyau de transformateur miniature ne com- portant l'utilisation ni de feuillets ni de poudre de i'er compri- mée. L'invention fournit également un procédé de fabrication de transformateurs subminiatures, dans lequel on utilise pour la fixa- tion rigide des conducteurs au noyau l'ouverture axiale du trans- formateur. Les transformateurs suivent l'invention comportent en outre des moyens pour ajuster l'entrefer.
L'invention sera décrite dans ce qui suit, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en perspective d'une bobine en matière magnétique pour des enrouleuents suivant l'invention au premier stade de fabrication.
La figure 2 est une vue en perspective d'un fourreau ma- .gnétique pour la bobine de la figure 1.
Les figures 3 et 4 montrent,en perspective,la formation de fentes radiales dans la bobine et dans le fourreau des figures 1 et 2.
La figure 5 représente, en coupe longitudinale,la bobine de la figure 3 et montre un mode de bobinage et de disposition des conducteurs.
Les figures 6 à 10 incluses montrent,en coupe longitudi- nale,divers arrangements et variantes de bobines et de fourreaux.
La figure 11 montre,en coupe longidutinale,une inductan- ce saturable suivant la présente invention.
La figure 12 montre,en coupe longitudinale,un transfor- mateur terminé imprégné d'un composé d'enrobage.
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La figure 13 représente,en perspective,un transformateur comportant un manchon plastique autour de son fourreau magnétique fendu, pour comprimer ce fourreau.
La figure 14 est une vue en perspective d'une bobine mas- sive employée dans la fabrication d'une autre forme d'exécution de l'invention.
La figure 15 est une vue en perspective d'une telle bo- bine selon une variante dans laquelle une fente axiale est formée dans un noyau plein en lieu et place d'une ouverture cylindrique axiale.
La figure 16 est une vue en bout de la bobine de la fi- gure 14 et la figure 17 est une vue en coupe longitudinale d'un transformateur terminé utilisant le noyau des figures 14 à 16.
En se reportant maintenant plus particulièrement aux dessins annexés, on voit désignée par 1 une bobine comprenant un cylindre circulaire droit creux 2 et deux flasques'3 et 4, fabri- qués d'une matière magnétique en feuille mince de haute perméabi- lité, telle qu'un alliage nickel-fer à 45 ou 78 % de nickel. Cette matière est d'épaisseur suffisante pour assurer une rigidité mé- canique totale. Des épaisseurs comprises entre 0,076 et 1,27 mm ont été adoptées avec succès. Les flasques 3 et 4 peuvent avoir un contour circulaire concentrique au cylindre 2. La bobine 1 peut être constituée en une pièce à partir d'un tube de la matière voulue ou bien elle peut être fabriquée directement partir d'une feuille plane ou prise par tournage dans une barre de manières bien connues dans la technique du travail des métaux.
A la bobine est associé un fourreau cylindrique 5, qui peut être fait de la même matière que la bobine (on peut employer une matière différent si on le désire), de même diamètre intérieur qu le diamètre exté- et rieur des flasques 3 et 4/ approximativement de la même longueur axiale ou d'une longueur un peu plus grande que la bobine 1.
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Suivant la présente invention la bobina 1 est utilisée comme noyau d'enroulement, sur lequel on peut bobiner directement un ou des enroulements d'une inductance ou d'un transformateur.
Le fourreau 5 est ensuite placé sur la bobine 1 en pont entre les flasques 3 et 4, constituant ainsi un circuit magnétique fermé et complet pour la bobine. Gomme le fourreau 5 et la bobine 1 forcent alors un circuit fermé de faible résistance, des courants de Foucault intenses tendent à circuler. Pour éliminer ces courants de Foucault, on pratique une fente radiale 6 sur toute la longueur du rayon des flasques 3 et 4 et du cylindre centre. 1 2 (et une cou- purecorrespondante 7 à travers le fourreau 5) avant de procéder au bobinage de l'enroulement.
Afin d'assurer un isolement entre l'enroulement ë et le noyau, on peut appliquer sur le noyau avant le bobinage une mince couche d'un composé isolant 9, tel que la gomme laque. Il est évi- dent, en considération de la direction du flux magnétique dans la bojine, que la présence des coupures 6 et.7 n'affecte pas sensible- rient le circuit magnétique. Il est cependant nécessaire de disposer de: coupures 6 et 7 pour les stades suivants du procédé de fabrica- tion d'éléments inductifs suivant la présente invention.
Lorsque 1'enroulement 6 a été mis en place sur la bobine 1, ses extrémités 10 et 11 peuvent être passées à travers et le long de l'une ou des deux fentes 6 dans les flasques 3 et 4 et fi- xées à des conducteurs plus forts 12, qui sont passés dans l'ouver- ture axiale du cylindre 2. La jonction des conducteurs en fil fin 10, 11 à des conducteurs plus forts 12 se fait alors dans cette ouverture ou sur la faceextrême.
Le fourreau 5 peut ensuite être mis en place sur les flasques et 4 dans une position symétrique par rapport à ces flasques en dépassant ceux-ci légèrement à l'une ou aux deux extré- mités. Pour assurer un contact serré entre le fourreau 5 et les jantes des flasques 3 et 4, on peut alors enfermer le fourreau 5
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dans un manchon mince 14 en plastique, par exemple dans un tube de vinyle, qui se distend lorsqu'il est soumis à l'action d'un.sol- vant volatil, tel que le toluol ou l'acétone, et qui se contracte lorsque ce solvant s'évapore.
On applique le manchon plastique 14 à l'état distendu et on laisse ensuite le solvant s'évaporer. Le manchon se rétrécit ou se contracte avec une grande force en exer- çant uniformément sur le fourreau 5 une forte pression radiale qui augmente régulièrement en fonction du temps et presse le fourreau 5 sur les jantes des flasques 3 et 4.
L'ensemble peut être imprégné sous vide, ouverture axia- le et fentes ou coupures 6 comprises, à l'aide d'une résine 13 ayant de fortes qualités' d'adhérence, telle que des résines du type époxy, notamment la "Shell n 828, Epon" ou toute autre for- mule de résine du commerce.
Une fois la matière de liaison résineuse 13 prise, on peut à volonté retirer Le manchon 14 ou le conserver. La matière de liaison 13 occupe entièrement les vides des coupures 6 et 9'et de l'ouverture axiale de la bobine 1 et bloque les conducteurs, ce qui leur évite tout dommage mécanique sous'l'action d'une force extérieure.
Une question de première importance dans des éléments inductifs, en particulier dans des transformateurs, est la préven- tion d'une saturation par courant continu. Par exemple,dans des transformateurs à fréquence vocale où similaires, tout courant con- tinu non équilibré tend à saturer le noyau, ce qui réduit fortement l'efficacité du transformateur en terme de rendement pour une dis- torsion acceptable et une réponse à basse fréquence. Pour éviter toute saturation du noyau, il est habituel de prévoir un faible entrefer dans le noyau sur le passage du flux magnétique. Il y a une valeur ou dimension optimum pour chaque entrefer dans toute ap- plication donnée. Dans des transformateurs importants, on emploie communément une lame d'espacement non magnétique pour'fixer l'en- trefer à la valeur voulue.
Dans de petits transformateurs, l'entrefer
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optimum devient si petit, que l'on omet les labiés d'espacement et que l'on compte,pour les remplacer, sur l'interstice de l'aboute- ment des éléments magnétiques du noyau. Dans des transformateurs miniatures ou subminiatures, l'entrefer résultant d'un aboutement est trop grand. On recourt alors habituellement à un entrecroise- ment de feuillets. Aucun de ces expédients n'a été estimé convenable
En accord avec la présente invention, l'entrefer voulu de désaturation par courant continu est formé à la jonction du fourreau 5 et des jantes des flasques 3,4. @ obtient un contact intime, si L'ion que l'épaisseur de l'entrefer est très petit.
En même temps, la surface d'entrefer est relativement grande car élis correspond aux surfaces de contact des jantes des flasques.En ou- tre,il est possible d'assurer un ajustement à l'état optimum de l'entrefer effectif par un déplacement axial relatif du fourreau 5 et de la bobine 1, comme représenté à la figure 10.
Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède une forme d'exécution préférée de.l'invention, on peut prévoir des variantes de celle-ci, fabriquées suivant le procédé qui a été décrit ci- avant.
Plus particulièrement on a représenté à la figure 6 une variante, dans laquelle un fourreau 5a est mis en place entre les flasques 3, 4, au lieu de recouvrir les jantes des flasques 3, 4.
A la figure 7 on a représenté une forme d'exécution qui comporte trois flasques annulaires 3, 4 et 3a. A la figure b il y a quatre flasques , -,-, 3a et 4a. Il est évident que le nombre de flasques employés peut être augmenté tant qu'on le désire, un enroulement ou des enroulements distincts étant placés dans chaque section ob- tenue, leurs conducteurs terminaux étant passés à travers des fen- tes ou coupures radiales des flasques. Le fourreau 5 peut également être fabriqué en sections distinctes, une pour chacune ou pour plu- sieurs des sections de bobine, ¯ou de toute autre manière désirée (voir figure 9).
On se reportera en outre à la figure 11, dans laquelle est représentée une variante de 1'élément inductif suivant l'inven- tion, destina à constituer une inductance saturable. rlus spéciale-
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ment,la bobine 1 comporte un enroulement toroïdal 15 passant dans l'ouverture axiale et autour des flasques 3 et 4 et du fourreau 5.
Un courant peut être appliqué à l'enroulement toroïdal 15 pour ré- gler la saturation du circuit magnétique comprenant la bobine et le fourreau 5. On obtient ainsi que la circulation de courant alter- natif dans l'enroulement principal o peut être réglée suivant le courant qui circule dans l'enroulement 15. Il est évident que les fonctions des divers enroulements peuvent être interchangèes et dans ce cas le courant de réglage passera dans l'enroulement 10 et le courant saturant dans l'enroulement 15.
Suivant une autre forme encore d'exécution de l'inven- tion, que représentent les figures 14 à 16, on emploie une bobine qui, à son stade initial de fabrication, comporte un noyau solide, c'est-à-dire ne présente pas d'ouverture axiale cylindrique.
Si l'on se réfère plus particulièrement à la figure 14, on peut voir que la bobine à l'état brut comporte un élément de noyau plein 21 et deux flasques terminaux 22, 23. Elle peut être fabriquée par un usinage d'une barre pleine, mais d'autres métho- des de fabrication peuvent être également employées.
La bobine représentée aux figures 15,16 peut être fa- . briquée à partir de la bobine brute 20 par une simple opération de fraisage suggérée seulement à titre d'exemple, pour former une fente radiale 24 dans le flasque 22, une fente radiale correspon- dante 25 dans le flasque 23 et une fente axiale 26 dans le noyau plein 21 reliant les fentes 24 et 25 et les prolongeant La fente axiale 26 peut avoir une profondeur sensiblement égale ou supérieu- re au demi-diamètre de l'élément 21.
Un ou plusieurs enroulements 27 peuvent être bobinés sur le noyau de la figure 15, comme cela est représenté à la figure 17, et les conducteurs terminaux des enroulements 28 peuvent être pas- sés à travers l'une des fented 24, et -dans l'ensemble terminé 28, fixés à un flasque 22, ce qui assuré un ancrage solide pour les
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conducteurs de plus grand diamètre 29.
On se rendra compte que la profondeur de la fente axiale 25 peut être réduite à la limite à zéro, si.bien qu'alors le-noyau reste plein. Cette dernière construction est désirable lorsqu'on veut pousser au maximum la miniaturisation et elle a pour résultat une augmentation des courants de Foucault mais une augmentation concomit a nte de la robustesse. Une augmentation de la profondeur de la fente 26 réduit au contraire les courants de Foucault mais décroît en proportion la robustesse.
La profondeur effective de la fente pour une application donnée est donc une question de choix pour obtenir un équilibre des considérations électriques et mécani- ques..:
Le manchon extérieur 30 peut être fixé à la bobine comme dans les variantes précédemment décrites et l'ensemble peut être imprégné de même à l'aide d'une résine. Les diverses variantes de fourreau magnétique.et l'utilisation de flasques multiples, aussi bien que toutes les caractéristiques de construction qui ont été décrites ci-avant, sont évidemment applicables à la forme de bobine représentée aux figures 14 à 17 incluse.
EMI11.1
Ii E S U 1,I E
L'invention a pour objet :
1 un élément inductif, de forme cylindrique, qui est re- marquable notamment par les points suivants, pris séparément ou en combinaison : a) son armature est constituée par une matière magnéti- que non en poudre et d'épaisseur uniforme, sous la forme d'un cy- lindre à flasques perpendiculaires à l'axe du cylindre; b) le cylindre est creux; c) l'armature cylindrique est une bobine faite de matière en feuille pleine ayant une grande perméabilité magnétique; d) la bobine comprend un élément tubulaire ouvert et au moins deux flasques radiaux aux extrémités ouvertes de cet élément tubulaire;
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e) il est prévu une fente radiale continue sur toute la longueur d'un rayon de chaque flasque et de la paroi du cylindre) f) un fourreau constitué d'une feuille.pleine de matière magnétique est étroitement appliqué sur les jantes desdits flas- ques et a pour étendue au moins leur intervalle; g) le fourreau présente une fente axiale reliant les fen- tes radiales des flasques ; h) l'élément tubulaire est un cylindre circulaire creux; les flasques ont la forme de disques et sont fixés rigidement au moins à chacune des extrémités dudit cylindre, ces flasques de for- me circulaire présentant chacun une ouverture centrale circulaire sensiblement en correspondance avec l'ouverture du creux du cylin- dre ; i) un enroulement est bobiné sur la bobine et ses con- ducteurs terminaux sont passés à travers la fente radiale de l'un des flasques;
j) les extrémités de l'enroulement sont en outre passées dans l'ouverture de l'élément central cylindrique creux; k) une matière d'enrobage remplit le creux de cet élé- ment cylindrique;
1) la bobine est pleine; m) un enroulement est bobiné directement sur la bobine entre les flasques, un autre enroulement est bobiné toroïdalement autour des flasques en passant à l'intérieur du cylindre creux .
2 ) Un procédé pour la fabrication d'un élément inductif comportant un fourreau magnétique entourant étroitement une bobine et appliqué contre les jantes de celle-ci, qui est remarquable par les points suivants : a) on assure un contact étroit du fourreau avec les jan- tes des flasques en entourant ce fourreau d'une couche de matière présentant'la propriété de se contracter sous un traitement déter- miné et on la soumet à ce traitement; b) on engage étroitement autour du fourreau fendu un man-
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chon fait d'une matière plastique ayant la propriété de se disten- dre au contact d'un solvant et de se contracter lorsque ce solvant est éliminé, après avoir soumis ce manchon à ce solvant, puis on élimine le solvant;
c) on fabrique une bobine magnétique, comportant un élé- ment cylindrique creux et des flasques annulaires radiaux, on for- me un fourreau cylindrique pour ces flasques, on pratique une fente radiale à travers ce fourreau, les flasques et cet élément, ou bo- bine un certain nombre de spires de fil au.: /µ @ o@ sort les extrémités de ces spires à travers la fen'ce de ces flasques, puis on les fait passer à travers cet élément, on fixe le fourreau autour de cet enroulement de façon qu'il établisse un pont magné- tique entre lesdits flasques, on imprègne cet enroulement et l'in- térieur de l'élément à l'aide d'une résine d'enrobage et l'on'pro- cède à la solidification de cette résinem