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"Bobine d'inductoin à deux ou plusieurs couches, pour dispositifs de chauffage par Induction*
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Dans le chauffage de métaux par induction, il est nécessai- re, pour obtenir un bon rendement, de réaliser une forte concentra* tion des courants d'induction aussi près que possible de la piè- ce en oeuvre à chauffer. Ceci suppose une densité de courant très élevée dans les conducteurs de courant servant d'inducteurs.
Afin de pouvoir évacuer la chaleur considérable ainsi engendrée par effet Joule, on établit généralement les conducteurs sous la forme de canalisations creuses parcourues par un fluide réfrigé- rant, en particulier l'eau.
Un autre facteur d'importance essentielle est constitué par l'effet pelliculaire, en vertu duquel les courants sont "tassés" sur des parties déterminées de la section du conducteur, : tandis que les autres parties de cette section demeurent près- @ que sans courant.
Dans les bobines d'induction à couche unique, qui entourent une pièce à chauffer, l'effet pelliculaire agit de telle façon que les courants ne circulent, en substance, que dans le côté intérieur, tourné vers la pièce, des conducteurs, à savoir, jusqu'à une profondeur déterminée par la conductivité et la per- méabilité du matériau constitutif des conducteurs ainsi que par la fréquence du courant, et dénommée "profondeur de pénétration"..
Pour réduire au minimum les pertes de chaleur, il est connu, dans les bobines à couche unique citées plus haut, de donner aux conducteurs creux une section telle que l'épaisseur de la @ paroi sur le coté tourné vers la pièce corresponde sensiblement à la profondeur de pénétration mentionnée plus haut, les autres parois des conducteurs creux étant notablement plus minces.
Dans le cas de bobines à deux ou plusieurs couches, la si- tuation est quelque peu différente, à savoir, il se produit dans les conducteurs -que l'on supposera d'abord être des con- ,, ducteurs pleins - une répartition de la densité du courant dans @ les différentes couches, telle que représentée dans la fig. 2,
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où a' désigne un conducteur de la couche extérieure, bf un con- ducteur de la couche intermédiaire et c' un conducteur de la cou- che intérieure, de la bobine.
Ici, et comme il ressort des tra- ces en tirets de la fig. 2, un effet pelliculaire fortement uni- latéral ne se manifeste plus que dans la couche extérieure, la plus éloignée de l'axe de la bobine, de l'enroulement, tandis que la couche intermédiaire et la couche intérieure présentent un effet pelliculaire intéressant les deux cotés de la section du conducteur. Les différences de densité de courant, relati- vement peu importantes, entre le côté du conducteur tourné vers l'axe de la bobine et celui opposé à cet axe, qui se manifestent dans la couche intermédiaire et la couche intérieure, vont en diminuant dans le sons couche extérieure-couche intérieure.
Des études approfondies ont démontré que le rendement de bobines tubulaires, constituées par des conducteurs creux par- courus par un fluide réfrigérant ot destinées aux dispositifs de chauffage par induction fonctionnant à la fréquence du ré- seau ou à une fréquence moyenne, peut être amélioré notablement lorsque, conformément à l'invention, on donne aux conducteurs creux des dimensions telles que, dans chaque couche, les épais- seurs respectives des parois des conducteurs creux tournées vers l'axe de la bobine et de celles opposées à cet axe sont à peu près dans le même rapport entre elles que les densités de cou- rant sur les cotés correspondants de la bobine.
Dans la fig. 2, on a marqué par des traits mixtes, à titre d'exemple, la disposition , qui en résulte, les canaux à réfri- gérant, soit la répartition des épaisseurs des parois. Etant donné que - com .e indiqué plus haut - les différences des den- sités de courant dans les oouches intérieures de la bobine, entre le côté des conducteurs tourné vers l'axe de la bobine et le côté opposé à cet axe sont peu importantes, et afin de simpli- fier la réalisation pratique, tout er- obtenant un résultat à peu près aussi favorable, on peut, conformément à l'invention, éta-
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blir la couche intérieure ou les couches intérieures de la bo- bine sous la forme de conducteurs creux d'une épaisseur de pa- roi uniforme,
tandis que le coté tourné vers l'axe de la bobine de la couche extérieure des conducteurs creux présente une épais- seur plus grande, qui correspond à peu près à la profondeur de pénétration propre à la fréquence de courant employée. Cette réalisation pratique offre l'avartage de n'exiger que des conduc- teurs de deux profils différents.
A titre d'exemple de réalisation de cette nature, on a représenté ,en coupe transversale, dans la fig. 1 trois enrou- lements superposés a, b, c d'une bobine à trois couches, pour- vue d'une isolation d.
Les enroulements intérieurs c et b, les plus proches de l'axe A-A de la bobine, sont établis, comme on le voit, de la manière courante à ce jour, c'est-à-dire, sous la forme de con- ducteurs creux à parois d'épaisseur partout uniforme. Par con- tre, la paroi intérieure des conducteurs a de la couche extérieu- re présente une plus grande épaisseur, la disposition étant telle que l'épaisseur de la paroi corresponde à peu près à la profon- deur de pénétration propre à la fréquence de courant envisagée.
Les autres parois des conducteurs a sont notablement plus minces. Leur épaisseur minimum n'est limitée que par la rigidi- té mécanique requise et les possibilités d'exécution.
Les calculs et les Mesures ont permis de constater que la résistance effective d'une bobine qui produit en son intérieur un champ magnétique préfixé à la fréquence du réseau ou à une fréquence moyenne, se réduit notablement grâce à la construction des conducteurs conforme à l'invention, c'est-à-dire, de manière qu'ils présentent des sections transversales inégales, contrai- rement aux formes de réalisation connues à ce jour, cette dimi- nution de la résistance effective ayant pour effet d'améliorer considérablement: le rendement de la bobine d'induction*