Corps magnétique et procédé de fabrication de ce corps. L'invention se rapporte à un corps magnétique et à son procédé de fabrication.
Récemment une matière magnétique a été découverte, laquelle est formée d'un alliage composé de nickel et de fer, et offre, par exemple après un traitement à chaud, une perméabilité remarquablement haute pour de faibles forces magnétisantes de l'ordre de celles utilisées dans les installations de signa lisation électrique. Cet alliage, décrit dans le brevet n 100789, doit de préférence con tenir environ 781/2/o de nickel et 211/21/o ,de fer.
De hautes perméabilités peuvent être .obtenues au moyen d'alliages de fer et de nickel présentant des pourcentages différents de ceux qui viennent d'être mentionnés, mais il a été reconnu que pour obtenir la plus haute perméabilité possible, les proportions indiquées doivent être observées. Cependant cette perméabilité qu'offre l'alliage diminue d'une manière très appréciable quand la ma tière est soumise à un effort de tension, ce qui rend son emploi impossible dans certains cas. Par exemple les efforts de tension qui se produisent pendant l'enroulement d'une bobine sur un noyau laminé fait en cet al liage, bobines pouvant servir par exemple à la pupinisation de conducteurs électriques, sont suffisants pour réduire la perméabilité du noyau.
De plus, cette perméabilité se modifie avec les variations de température que le noyau subit par suite des conditions dans lesquelles les bobines sont ordinairement utilisées. On a trouvé que ces changements dans la perméabilité provenaient d'efforts de tension qui se créent dans le noyau par suite de légères déformations produites pendant le procédé mécanique de construction, ou pendant le bobinage de l'enroulement élec trique autour de ce noyau.
Suivant la présente invention, le corps magnétique comprend au moins un noyau présentant dans une section transversale quelconque une pluralité de bandes métalliques minces en une matière magnétique ayant après un traitement à chaud, pour de faibles forces magnétisantes, une perméabilité beau coup plus haute que le fer, une matière de liaison étant interposée entre ces bandes et ayant la propriété de donner au noyau une grande rigidité et d'empêcher, pendant l'emplo ordinaire du corps-, des changements préjudi ciables des propriétés physiques de ladite matière magnétique par suite de l'action des forces extérieures agissant sur le corps et de la chaleur.
Suivant le procédé de fabrication du corps magnétique, on dispose la matière magnétique, ayant après un traitement à chaud, pour de fables forces magnétisantes, une perméabi lité beaucoup plus haute que le fer, qui sert à former le noyau, de telle faon qu'une section transversale quelconque du noyau présente des bandes métalliques espacées, la matière magnétique étant ensuite imprégnée d'une matière de liaison ayant pour but de donner au noyau une grande rigidité et d'em pêcher, pendant l'emploi ordinaire du corps, des changements préjudiciables des proprié tés physiques de ladite matière magnétique par suite de l'action des forces extérieures agissant sur le corps et de la chaleur.
Le dessin ci-joint, qui donne à titre d'exem ple une des formes de réalisation de l'inven tion, montre en perspective un noyau de bo bine annulaire en partie sectionné.
L'alliage de fer et de nickel, contenant entre 50 % à 90 % de nickel, peut être ob- tenu le mieux de la manière suivante. Du fer et du nickel, dans les proportions voulues, sont fondus ensemble, et le mélange est versé dans un moule, puis refroidit afin de consti tuer une barre ou tige.
Celle-ci est ensuite travaillée par des opérations répétées de la minage ou d'étirage, jusqu'à ce que le métal ait été mené à la forme et aux dimensions déterminées, après quoi il est traité à chaud dans un temps prescrit afin qu'il acquiert une haute perméabilité comme décrit dans le brevet n 100789 mentionné ci-dessus.
On a trouvé que quand des pièces rela tivement massives de cet alliage, comme par exemple des noyaux d'électro-aimants, sont utilisées, le traitement à chaud mentionné ci-dessus ne peut pas être réalisé dans le temps prescrit, mais demande un temps beau coup plus long, tandis qu'il est très difficile, et même souvent impossible de refroidir toutes les parties de cette pièce à la vitesse néces- saire pour assurer la haute perméabilité re cherchée. Evidemment les parties intérieures se refroidissent plus lentement que les parties extérieures, de sorte que ces deux parties ne peuvent avoir la même valeur de haute per méabilité.
Par le procédé mentionné dans l'introduction cet inconvénient est invité en utilisant des feuilles minces de la matière magnétique, ou des éléments de petites sur faces transversales, ce qui permet d'assurer partout une perméabilité pratiquement uni forme. Ces feuilles ou éléments sont assem blés, liés ou bobinés, de manière à avoir la forme et les dimensions voulues avant le traitement à chaud.
Cependant d'autres difficultés sont ren contrées dans le traitement à chaud des grandes pièces, difficultés qui sont dues à l'extrême sensibilité de la matière aux efforts de torsion et de traction, au point de vue de la perméabilité. La diminution de la perméabilité atteint parfois<B>50'</B> /o, quand les procédés ordinaires de fabrication des bobines sont employés. De plus, la perméabilité ne reste pas toujours constante après l'achève ment de la bobine, mais change avec la température du noyau qui varie avec les diverses conditions dans lesquelles fonctionne la bobine.
On a trouvé que ces changements dans la perméabilité étaient dus à des efforts de traction qui produisent dans le noyau de légères déformations pendant le traitement mécanique de construction et pendant ce bobinage de l'enroulement électrique autour dudit noyau. Pour éviter cet inconvénient, on emploie une matière auxiliaire de liaison, s'opposant à la déformation du noyau.
Le noyau magnétique 2, montré au dessin, porte des enroulements 1, en fil de cuivre et est composé de cinq parties 3, constituées de rubans eu alliage de fer et de nickel assemblés ainsi qu'il est montré, le tout étant enveloppé avec un ruban 5. Chaque partie est noyée dans une masse consistant en un produit de condensation du phénol, qui relie les divers éléments entre eux, tout en les maintenant espacés l'un de l'autre. De plus, elle empêche la création de fors courants de Foucault à travers le noyau, et ce qui est plus important encore, empêche ce noyau d'être déformé soit par des forces extérieures, soit par des changements de températures. On maintient ainsi la grande valeur de per méabilité donnée au nouvel alliage et qui lui donne une importance si grande.
Une haute résistivité, de faibles pertes par hystérésis et de faibles forces coercitives sont les autres qualités essentielles de cette matière, qualités qui changent aussi quelque peu quand la matière, pour acquérir une haute perméabilité, doit subir un traitement qui la soumet à des efforts de tension. Toutefois ces qualités sont aussi inaltérées par lesdits efforts grâce au mode de construction décrit.
La matière auxiliaire utilisée doit non seulement avoir les propriétés mentionnées ci-dessus, mais en plus ne doit pas provoquer d'efforts de traction sur l'alliage, ni d'autres efforts préjudiciables pendant le procédé d'im prégnation et de durcissement. Les .produits de condensation du phénol conviennent par ticulièrement bien pour le but poursuivi, ainsi qu'il résulte de la description suivante d'un procédé employé pour former le noyau re présenté.
L'alliage magnétique est constitué sous forme d'un ruban n'ayant pas de préférence une épaisseur supérieure à<B>0,25</B> mm, Ce ruban est ensuite amené à former des anneaux continus, et les divers anneaux qui doivent constituer le noyau sont placés les uns au- dessus des autres, mais séparés par du papier ou autre matière combustible analogue. L'en semble est alors traité par la chaleur, afin de développer un haut degré de perméabilité dans l'alliage magnétique. Le papier est brûlé avant ou pendant ce traitement à chaud, laissant les anneaux successifs espacés les uns des autres d'une distance moyenne égale à l'épaisseur du papier.
Il est préférable de brûler le papier avant le traitement à chaud, car les gaz résultant de la combustion peuvent introduire du carbone dans l'alliage, ce qui abaisserait le degré de perméabilité, vu l'es pace réduit dans lequel ils se trouvent et vu la température élevée atteinte pendant le traitement à chaud. Sans déranger les po sitions relatives des anneaux et sans créer des efforts de flexion quelconques dans l'al liage, celui-ci est imprégné du produit de condensation du phénol ou d'autres produits ayant des propriétés analogues.
Le produit qui a été trouvé jusqu'à présent comme con venant le mieux est un mélange de phénol avec du formaldéhyde ou de l'hexaméthylène- tétramine ou du furfural. L'imprégnation peut se faire sous pression ou dans le vide, après quoi l'ensemble est exposé à l'air pen dant quelques heures afin de permettre à l'excès de liquide de s'éliminer, et pour per mettre à cette matière liquide de prendre, par suite de réactions chimiques, une forme dure et infusible. Pour accroître la vitesse avec laquelle ces réactions se produisent, les bobines peuvent être placées dans une étuve et .chauffées à environ 70 centigrades pen dant quelques heures.
La matière auxiliaire se présente donc en une substance dure et infusible dans laquelle l'alliage magnétique est noyé et maintenu en place, et sa haute perméabilité requise ne se modifie plus ni pendant le procédé de fabrication des bobines, ni pendant l'emploi ultérieur de ces bobines. Si l'alliage magnétique après avoir été traité à chaud pour provoquer le haut degré de perméabilité est de nouveau chauffé à une température voisine de 200 à 300 centigrades, le degré de perméabilité se réduit alors très fortement.
La matière auxiliaire d'imprégnation ne doit pas trop se contracter pendant le dur cissement, afin de ne pas créer des efforts de traction sur la matière magnétique. De plus, elle doit avoir un coefficient de dilatation très voisin de celui de l'alliage de fer et de nickel employé, afin qu'aucun effort de traction ne s'exerce quand -des changements de tem pératures se produisent, ainsi que cela est le cas dans la généralité des applications dans lesquelles les dispositifs envisagés sont utilisés. Les produits de condensation du phénol remplissent entièrement ces deux conditions. Les anneaux magnétiques construits ainsi qu'il vient d'être décrit peuvent être em- ployés seuls ou en combinaison avec d'autres anneaux semblables comme cela est indiqué au dessin.
Les anneaux sont maintenus en position par le ruban tissé 5. Celui-ci peut être appliqué avec une pression .suffisante pour réaliser un ensemble rigide sans affecter matériellement le degré de perméabilité de l'alliage magnétique. De même le fil 1 peut être enroulé sur l'ensemble du noyau avec la tension ordinaire, sans changer les carac téristiques de la matière en fer et en nickel.
Il est souvent désirable de prévoir des entrefers dans le noyau afin de régler la vi tesse avec laquelle le flux change conformé ment aux variations du- courant dans la bo bine. Le procédé le plus simple et le moins cher est de découper ces entrefers à la scie, mais les alliages magnétiques présentant une haute perméabilité ne peuvent ordinairement être traités de cette manière sans que la perméabilité soit ramenée à une valeur très basse pour une partie relativement grande du noyau environnant la coupure.
Cependant le noyau magnétique, construit suivant le procédé décrit, est supérieur sous ce rapport puisque cette découpure à la scie peut être faite sans produire d'effets de traction sur la matière magnétique, excepté pour une partie de grandeur négligeable.
Le noyau représenté au dessin est pourvu d'un entrefer indiqué au dessin en .1 >, une partie de ce noyau étant supposée enlevée d'un des côtés de cet entrefer afin de mieux montrer la structure.
Evidemment il est plus aisé d'assembler d'abord les anneaux magnétiques traités à chaud, puis de les imprégner de la matière auxiliaire, plutôt que d'imprégner chaque anneau séparément ainsi que cela a été dit jusqu'ici. L'avantage de l'imprégnation sé parée est que chaque anneau forme une unité distincte et que des ensembles de différentes dimensions peuvent être facilement réalisés au moyen de ces divers anneaux. Enfin il est plus facile d'appliquer un traitement à chaud- bien uniforme quand la pièce traitée est de faibles dimensions.
Quand des parties sont d'abord formées, elles peuvent constituer des pièces d'alliage de formes différentes, puis être assemblées pour constituer un ensemble composé ayant les for mes et dimensions voulues. Quand des pièces courtes séparées ayant les mêmes formes et dimensions, ou ayant des formes et dimensions différentes doivent être assemblées, elles peu vent être traitées séparément par la chaleur, puis simplement empilées ou ajustées l'une à l'autre, sans être liées ou fixées, et le tout est ensuite imprégné de ladite substance de liaison, après quoi des rubans de fixation sont enroulés autour desdites pièces.
Si l'ensemble doit être soumis à des champs magnétiques cons tants plutôt qu'à des champs alternatifs, ou variables, de manière qu'aucune précaution rie doit être prise pour éviter les courants de Foucault, il est peu important que les diverses parties ou anneaux soient séparés par de la matière isolante ou non.