Noyau magnétique lamellé, à lamelles collées. La présente invention se rapporte à un noyau magnétique lamellé, à lamelles collées.
Les noyaux magnétiques lamellés. sont communément employés dans la construction d'une grande variété d'appareils et machines électriques, notamment des transformateurs, des machines dynamo-électrique ou d'autres engins électriques, dans lesquels des flux magnétiques notables;
doivent agir sur des conducteurs électriques. Pour réduire la g-ran- deur, le poids et le coîit de pareils engins, il est avantageux de maintenir les dimensions physiques et les pertes -dans les parties de circuit magnétique qui ;servent à conduire ce flux, aussi faibles que possible.
Or, l'objet de la présente invent,on est un noyau magnétique lamellé, à lamelles collées, dans lequel les lamelles. sont collées par une composition électriquement isolante, traitée à la chaleur, se composant d'acétal polyviny lique et d'au moins un composé consistant en acétate polyvinylique et un condensas rési- neux,du type phénol aldéhyde ,
durçiss ant à la chaleur, la composition renfermant de longues chaînes moléculaires afin @de réaliser de la ténacité et de l'élasticité et ayant une grande résistance à l'action physique -et chimique d'acides, d'alcalis -dilués, d'eau et d'huile.
On décrira ci-après, à titre d'exemple, deux formes d'exécution -de l'objet de l'inven tion, en regard -du dessin schématique annexé.
La fig. 1 -est une vue schématique .d'un transformateur; La fig. 2 montre une autre forme d.'expcu- tion d'un transformateur.
La matière magnétique utilisable dans la construction de parties de circuit magnétique ,d'appareils ou machines électriques comprend un acier au silicium,dans lequel la teneur en silicium est de 1/2 à 5 % et qui, -en général, se présiente en forme die feuilles ou lamelles d'une épaisseur de l'ordre de 0,35 mm.
La matière magnétique e iv acier au silicium ordi naire est laminée à chaud et son prix -de re vient permet l'emploi,de grandes quantités de çette matière -dan l'inidustriç électrique, Les propriétés magnétiques d'acier au sili cium laminé à chaud sont dépassées par de la tôle d'acier spécialement travaillée.
LTne matière magnétique vendue sous la marque (le fabrique de "Hipersil" est un acier au silicium spécialement travaillé, qui possède de meil leures propriétés magnétiques que la. matière laminée à chaud.
Cet acier au silicium spécialement tra vaillé -est laminé à froid et adouci dans des conditions telles que les grains dans la, feuille d'acier soient orientés de manière que la. diree- tion -de magnétisation la plus facile des crains ou cristaux individuels coïncide avec la. direc tion, de magnétisation de la. feuille.
On a trouvé que le fer et toute autre matière magnétique ayant une structure cristalline similaire, ont des grains ou cristaux qui sont magnétisés plus facilement dans certaines di rections données que dans d'autres.
De la ma tière magnétique convenablement travaillée pour provoquer une certaine disposition de cristaux qui donne à la, feuille de matière magnétique sensiblement les caractéristiques d'un seul cristal au point de vite de la facilité de magnétisation peut être considérée comme ayant des cristaux présentant une orientation favorisée.
La. perméabilité d'acier magnétique dont les cristaux ont une orientation favoirir,e est extraordinairement haute, notamment pour une densité de flux de 16000 lignes par cni'''. Ceci constitue une amélioration sensible par rapport aux conditions d'un acier au, silicium laminé à chaud de la. même composition. A toutes les densités de flux, l'acier avec l'orien tation de grains favorisée a. des pertes@ en watt., plus faibles que de l'acier au silicium laminé à chaud.
Les procédés nécessaires pour produire de l'acier au silicium à haute perméabilité impli quent une, augmentation du prix de revient pour cette matière. Il est, par suite, désirable d'employer, si possible, l'acier au silicium per fectionné pour une partie seulement dit (,ir- cuit magnétique, là où ses propriétés peuvent être avantageuses,
et de le combiner avec l'acier ait silicium laminé à chaud moins colt- Ceux pour les aul.res parties dit circuit magné tique.
L n novai de transformateur donnant l'ef ficacité la plus élevée avec l'orientation de cristaux favorisée dans l'acier est très dési rable.
Dans le transformateur de la. fil. 1.<B>le</B> noyau 1.0 comporte une jambe centrale lamel lée. 16 avec l'enroulement primaire ?6 et l'en- rouleme(it secon(laire ?8.
Contre les extrémité: supérieure et inférieure de cette jambe ss'ajus- tent les jambes transversales 12, 14.<B>18</B> et 20, également lamelles, continuant le chemin du flux magnétique. Aux extrémités extérieures, les jambes 12 et 14 et les ,jambes 18. 20 sont pontées respectivement par les jambes lam(@1- lées latérales 22 et 24.
On remarquera qu'il sera économique d'établir la. jamhe centrale 16 avec la section transversale la. plus petite possible, capable de porter le flux magnétique imposé. En em ployant de l'acier au silicium ayant l'orien tation de grains favorisée, la jambe centrale peut travailler à. une densité de flux plus élevée que les autres jambes du transforma- teur et: il faudra moins de Cuivre.
II est, par conséquent, avantageux d'employer pour la ,jambe centrale 16 des lamelles faites de "Ai- persil" ou de q(zelqu'atitre matière magnéti que hautement effieaeee. Les jambes. 1-2, 14, 18.
20, 22 et 24 sont avantageusement éta- hlies avec ries lamelles d'acier au silicium laminé à chanci. Ainsi, sans construire l'en semble du novau du transformateur en ma tière magnétique plus coûteuse, on obtient une construction avantageuse avec une disposition économique des matières.
On a constaté que les faces entre les di verses lamelles peuvent donner lieu à des pertes eonsidéraliles dans le fonctionnement de l'appareil. Par exemple. les lamelles sont conimuiaénient poinçonnées ou découpées clans de grand(,>: feuilles de métal. Ces opérations produisent (les bavur(-.s ou arête, (lui peuvent.
toucher les lamelles adjacentes et établir une iitterconn exion électrique. ce (lui a pour effet (lue des courants (le houcault peuvent passer d'une lamelle à l'autre et occasionner de grandes pertes d'énergie dans le noyau.
De plus, des surfaces irrégulières aux por tions poinçonnées ou découpées,des feuilles ne permettent pas une jonction intime entre les jambes ou piles de lamelles à réunir.
Un grand intervalle d'air entre les parties -du cir cuit magnétique est uns source de perte,d'éner- gie. Il est par suite avantageux d'éliminer les bavures ou arêtes @et de créer ainsi des joints intimes entre les parties adjacentes, ce qu'an peut réaliser en meulant d'abord les @surfaces;
de contact et en traitant ensuite les faces meu lées au moyen d'un réactif chimique capable de ronger toute bavure ou saillie restante.
Concurremment avec le traitement des joints .envisagés, on a reconnu depuis long temps que des lamelles traversées par un flux magnétique doivent être électriquement isolées les unes -des autres pour réduire les courants de Foucault. L'épaisseur -du milieu ou de la substance isolante entre les lamelles détermine la résistivité électrique à ces courants.
D'autre part, une grande quantité d'isolant entre les lamelles augmente les -dimensions physiques pour une pile -de lamelles ayant une quantité donnée -de matière magnétique. Par consé quent, les dimensions peuvent augmenter à un point où le bénéfice de l'isolation addition nelle est plus que dépassé par les considéra tions physiques et de frais augmentés.
Un but de l'invention est d'employer -une composition résineuse adhésive traitée à la chaleur pour coller les lamelles en une pile convenable pour des noyaux d'engins électri ques, cette composition ayant de bonnes qua lités isolantes .en couches minces. D'autres conditions qu'on pose à cette composition de collage sont également remplies, comme à la fois.
la ténacité et l'élas,-hcité, afin que 1e,5 efforts dus au chauffage et au refroidisse- ment et s'exerçant -dans les piles de lamelles ne provoquent pas la désagrégation ou le dés- ass emblage ,des lamelles. Une autre propriété désirable de cette composition de coll.a.ge est son pouvoir d'adhésion à. la matière magnéti que.
En raison -du meulage mécanique et du rongeage chimique aux joints -des pièces la- niellées, la composition de collage empêchera aussi la pénétration d'eau et d'acide dans ces joints afin que seulement les faces de bout des lamelles soient rongées et non pas leurs faces plates de contact.
Par exemple, une @substance de base satis faisante pour la composition de collage ren ferme une résine comprenant de l'acétal poly vinylique qui est le produit de réaction -de 70 % d'acétate vinylique hydrolysé et d'aldé hyde acétique et qui présente une viscosité "de 7 secondes" pour une solution,
de 20 % suivant la méthode d'essayage à la niàroeellülose. Cette résine a une structure à longue chaîne moléculaire qui assure <B>de,</B> bonnes propriétés adhésives. Pour de hautes températures inter- venant dans des engins électriques, par exem ple ,de 90à .120 C,
cette résine peut être em ployée seule pour le collage des lamelles.
Des résines correspondantes à l'acétate peuvent aussi être utilisées. Les produits de réaction entre des esters vinyliques partielle ment hydrolysés, d'une part, tels que les acé- tates, les propionates, les butyrates ou leurs mélanges, et une aldéhyde, d'autre part, telle que la farmaldéhyde,
la propionaldéhyde et la butaldéhyde, peuvent dans certains cas aussi être employés pour le collage l'es lamelles. La résine particulière à choisir dépend en général deus conditions à remplir, telles que la résis tance à l'huile, le point .de ramollissement et le pouvoir de collage.
La résine à l'acétal polyvinylique est dis- soute,dans. un solvant composé par exemple de 70% de toluène ou xylène et de 30 % -d'alcool éthylique. Une solution contenant 25 à 40 de solides est convenable pour l'application aux -lamelles.
La composition de collage peut être modi fiée par l'addition à la résine à l'acétal poly vinylique jusqu'à 20 % d'une résine à l'al:dé- hyde phénolique durcissant à la chaleur. Une résine à la formal,déhyde et à l'acide cr6sy- lique a été employée avec succès dans la gamme de températures entre 100 et 130 C.
La. résine !du type à l'aldéhyde phénolique dans la phase B est ajoutée à l'acétal polyvi- nylique en solution. Une solution ainsi prépa rée peut être appliquée aux lamelles pour le collage.
Les propriétés du condensai résineux à l'aldéhyde phénolique additionnel peuvent être modifiées avec une addition d'huile de poisson ou d'huile.d'oiticica jusqu'à 50 % et le produit ainsi modifié peut être introduit dans la composition contenant de l'acétal pol'-- vinylique pour l'usage à des températures de fonctionnement au-dessous de 125 C.
Là on l'équipement électrique doit être employé à des températures au-dessous de 125 C, la composition de collage peut être modifiée de façon à présenter une plus grande plasticité que celle obtenue avec les composi tions ci-dessus indiquées. Une résine à l'acé tate polyvinylique d'un poids moléculaire intermédiaire, telle que celle par exemple qui est vendue sous le nom de "Vinylite" (Ayat), a,
été trouvée comme -donnant un effet plasti fiant satisfaisant dans des quantités allant jusqu'à 80 % -de l'ensemble de résine.
Une composition spécifique contenant les ingrédients ci-dessus, qui a. été reconnue satis- faisante pour le collage de noyaux de trans- formateur tels que celui représenté à la. fig. 1.
comprend les proportions suivantes: 421% % d'acétal polyvinylique, 421/i % d'acétate polyvinylique, <B>15%</B> de .condensai résineux d'acide erésylique et de formaldéhy de. Cane composition est dissoute dans un solvant composé d'environ 2 parties de toluène ou xylèue et d'une partie d'alcool éthylique pour former une solution de 25 à 40%.
Dans cer tains cas, du naphte de goudron de houille peut être employé à là place de toluène ou de xylène.
Une pareille composition permet de pro duire des .collages d'une résistance de 53 à 90 kg par cm2 -entre des lamelles de noyau. Elle possède une bonne résistance à l'action chimique .d'acides, d'alcalis dilués, à l'eau. puis aux huiles ou liquides isolants employés dans :des transformateurs. Elle ne coule pas à -des températures de 100 C dans des eondi- tions de fonctionnement.
On obtient avec elle une construction de noyau de transformation stable, entièrement satisfaisante.
Une autre composition qui peut être em ployée avec de bons résultats consiste en une solution contenant 20 à 400o' de soli-des cons titués de 60 à 90 % d'acétate polyvinylique partiellement hydrolysé et de 40 à. 10% de résine du type à l'aldéhyde phénolique dans la. phase B.
Ce mélange particulier de résines présente une très bonne résistance à l'huile et une bonne résistance à l'action de dissolution de diélectriques liquides halogénés.
Encore une autre composition employée avec succès comprend entre 25 et<B>80%</B> d'acé tal polyvinylique, entre 0 et 80% d'acétate polyvinylique pour plastifier la composition et entre 0 et 20 % -d'un condensai résineux .du type phénol aldéhyde durcissant à la chaleur, pour former un agent à prise thermique pen dant le traitement à la- chaleur à. l'effet de produire la. consolidation des lamelles.
Pour appliquer la solution aux lamelles de façon à créer des piles de lamelles satisfai santes, qui peuvent ensuite être meulées, atta quées 'a l'acide et ascsemblées en un noyau de transformateur hautement efficace, on peut. procéder comme suit: La solution est. appli quée comme un vernis aux lamelles par pro jection, brossage ou enduisage par rouleau.
Elle peut être appliquée soit sous forme d'un enduit d'épaisseur uniforme sur toute la sur face de chaque lamelle ou bien elle peut être appliquée par aires distinctes d'épaisseurs dif férentes, de façon qu'un traitement subséquent à la chaleur ait pour effet que la composition accuse une valeur d'isolation électrique aug mentée par places entre les lamelles. Le traitement subséquent, cependant, n'est pas altéré sans égard à la forme du revêtement appliqué.
Les lamelles enduites sont passées au feu à une température élevée pendant un court espace de temps pour éliminer le solvant de la composition. Des températures et périodes de temps appropriées pour cette opération de passage au feu sont de 450 C pendant 20 se- eondes, de 35(J C pendant 40 à<B>70</B> secondes et de 250 C pendant 125 â 150 secondes. Des températures au-dessous :
de 250'C ne don nent pas -de si bons résultats que le traitement aux températures supérieures indiquées.
Après ce traitement, les lamelles sont em pilées en parties de noyau .de dimensions pré- déte:rminées. On peut aussi intercaler un pe sage de l'ensemble pour assurer que la quan tité appropriée de matière magnétique a été incorporée au noyau.
La pile -de lamelles est alors placée :dans une presse ayant des por tions de .serrage ajustables permettant de maintenir la pile -sous pression à toute 6pais- seur voulue.
Cependant, les portions<B>de</B> ser rage, -dans cette phase d'opération, ne seront simplement appliquées qu'avec une faible pression. :de serrage.
La pile de lamelles dans la presse de serrage est traitée à la chaleur à 200 à 260' C pendant 5 heures pour une pile de 10,16 cm / 15, 24 cm / 30, 48 cm. Pendant ce temps, les résines réagissent, en particulier la résine à aldéhyde phénolique qui, sous la chaleur, durcit.
A la fin du traitement thermique, la pile do lamelles est retirée avec les parties de ser rage hors du four et ces dernières, sont immé diatement ajustées pour réduire la pile aux dimensions :du noyau voulues.
La pile est "alors laissée se refroidir dans les portions -de serrage ainsi .ajustée .à la température .am biante.
Après refroidissement, la pile :de lamelles peut être meulée et chimiquement attaquée pour réaliser des faces planes lisses assurant un contact intime entre les pièces adjacentes. Cette opération élimine aussi les bavures.
Les différentes piles de lamellessont alors assem blées à la, forme- :du noyau de transformateur 10 (fig. 1) établi ainsi avec le moins. de frais et avec une grande efficacité ,dans le fonction nement.
Une autre forme d'exécution de noyau de transformateur .est représentée à la fig. 2. Elle emploie pour les lamelles de tout le noyau une matière magnétique spécialement travail lée, telle que :de "l'Hipersil". Grâce à la même section transversale :
dans tout le noyau, on peut employer partout -de l'acier au silicium. spécialement travaillé. D'autre part, le che min du flux magnétique est ici 'disposé de manière qu'il n'y ait aucune ,
discontinuité ou variation sensible dans le type de matière magnétique qu'il traverse. Il y a seulement deux joints 46 ou 44 dans chaque unité de noyau.
Le transformateur 30 comprend deux uni tés @de noyau continues, ,sactionnées en deux portions similaires <B>32,</B> 38 et 34, 36, les unités du noyau continues étant formées en enrou lant, pour chacune -d'elles, une bande d'acier ou -de matière magnétique sur une forme ap propriée jusqu'à obtention du nombre :
désiré de lamelles et en soudant les :extrémités<B>de</B> la bande d'a.cier sur la lamelle immédiatement s ousijacente.
L'ensemble -du noyau est alors recuit ou soumis à un adoucissement pour éliminer les efforts internes dus à l'enroulement.
Pour monter l'enroulement primaire 40 et l'enroulement secondaire 41 sur la jambe cen trale du noyau 30, il est indiqué de sectionner les unités de noyau en; les portions 34, 32 et 3:6, 38. Ce sectionnement se trouve facilité si l'on remplit les espaces entre les lamelles avec la composition ,de collage susdécrite.
La composition ,de collage peut être appli quée, par imprégnation, au vide, du noyau re cuit .dans un réservoir d'imprégnation, le noyau étant introduit dans celui-ei, le réser voir étant fermé et le vide y étant appliqué pour évacuer tout l'air, après quoi la composi tion -de collage est admise :
dans. le réservoir à partir d'un récipient -d'alimentation jusqu'à ce que le noyau ou ses lamelles soient recou vertes.. L'évacuation :
est interrompue et de l'azote set introduit dans le réservoir et appli qué à la surface de la charge de composition de collage à la pression atmosphérique pour o Mig ger la composition à pénétrer dans les espaces entre les lamelles. Les lamelles.
.ont la possibilité d'exercer une action de succion pendant une demi-heure pour être imprégnée avec la quantité maximum .decomposition. De la pression peut être appliquée pour accélérer l'imprégnation. La composition est ensuite évacuée -du réservoir et le noyau en est retiré.
Pour empêcher les lamelles internes de gondoler pendant le traitement subséquent, il est désirable de placer des blocs ou ressorts ou autres organes de soutien à l'intérieur de la fenêtre ou ouverture de chaque portion de noyau -continue.
Après ces opérations, le noyau imprégné est cuit dans un four à une température de 200 à 260 C pendant quatre heures pour un noyau de 15,8 kg. La composition lie les la melle. .suffisamment bien pour que les por tions de noyau puissent être sectionnées aux endroits indiqués en 44 et 46 sans que les lamelles -se désagrègent.
Dans l'opération de sectionnement, on emploiera d e l'huile comme lubrifiant, en raison du fait que le procédé d'imprégnation ne donne pas un remplissage à 1007o. L'huile retardera la pénétration d'eau, d'acide, etc. utilisé dans les opérations subséquentes.
Les joints seront ensuite meulés et chimi quement attaqués, comme décrit plus haut. De cette façon, on obtient des surfaces plates et lisses aux joints 46 et 44, de sorte que le flux magnétique subit un minimum de perte d'entrefer.
La composition :de collage possède d'excel lentes propriétés d'isolation à, dés facteurs de remplissage de 97 à<B>85%</B> avec des pertes de. courants de Foucault faibles entre les lamelles.
Dans quelques cas, on a trouvé que les lamelles de métal peuvent être traitée: avec certains produits chimiques pour produire la. formation directe d'un film isolant sur la sur face -des tôles de métal. De cette façon, on obtiendrait un double effet isolant. Le film @de matière isolante formé par ce traitement chimique sur la surface des tôles peut être un recouvrement adhérent en .silicate de magnésium (21-0, Si0_), par exemple.
Des résines fragiles, par exemple des résines du type à aldéhyde phénolique, pourraient don ner une composition de collage excessivement cassante et de grande dureté, qui tendrait à détacher par disruption ledit revêtement. de la- surface des tôles sous les efforts de fonc- tionnement normaux, et à réduire le bénéfice d'un pareil rc vêtement chimique. La composi- tion de collage susdécrite est, cependant, suf fisamment plastique pour éviter un tel effet.