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Bobine toroïdale à plusieurs enroulements, procédé pour sa fabricati et machine à bobiner pour la mise en aeuvre de ce procédé On connaît déjà des bobines à noyau magnétique en forme de tore dont le faible coefficient de fuites rend parfois l'emploi nécessaire malgré un prix de revient plus élevé qui tient à la forme même du noyau ; en effet, une des difficultés rencontrées dans le bobinage des enroulements de bobines to- roïdales est constituée par le maintien du noyau pendant l'opération de bobinage, ce maintien étant généralement assuré par des mâchoires appuyant directement sur le fil d'un enroulement.
Il en résulte souvent, et malgré les précautions prises, des fils détériorés ou cassés par le contact des mâchoires de serrage, ce qui oblige à prendre des fils de bobinage dont l'isolement soit mécaniquement très solide. De plus quand un enroulement est terminé et qu'il faut changer le noyau de position pour bobiner un second enroulement, il y a lieu successivement de desserrer les mâchoires de maintien, de placer le noyau dans une autre position et de resserrer les mâchoires dans la nouvelle position, ce qui constitue un temps perdu relativement long comparé au temps du bobinage lui-même; ce temps perdu s'accroît évidemment avec le nombre des enroulements.
L'ensemble ainsi obtenu est souvent recouvert d'un ruban isolant de protection laissant passer en une même région de la bobine, les sorties des enroulements, qu'on a préalablement raccordées à des fils de couleurs différentes, ce qui permet de les reconnaître, et de plus fort diamètre, ce qui leur donne une plus grande résistance mécanique. Cependant, malgré ces précautions et ces soins, la bobine ter- minée se présente comme un produit relativement fragile.
Un des buts de l'invention est de faciliter le bobinage d'une bobine toroïdale, et le raccordement des différents enroulements, et de permettre sans inconvénients l'emploi d'un fil émaillé ; un autre but de l'invention est de fournir une bobine toroïdale dont les enroulements sont bien protégés mécaniquement et dont la manutention et l'utilisation sont aisées.
L'invention a pour objet une bobine toroïdale à plusieurs enroulements, comprenant un noyau magnétique annulaire, deux demi-coquilles annulaires isolantes s'emboîtant autour du noyau magnétique, lesdites demi-coquilles étant pourvues chacune de nervures transversales situées dans des plans radiaux et définissant ensemble des compartiments de bobinage, lesdits enroulements étant bobinés autour des demi-coquilles et occupant chacun l'un de ces compartiments, caractérisée en ce que ces nervures consistent en des ailerons reliés à la demi-coquille correspondante exclusivement dans la partie extérieure de celle-ci et se prolongeant notablement au-delà de la périphérie de la demi-coquille,
de sorte que lesdits ailerons constituent des pales qui dépassent radiale- ment largement hors des enroulements, ces ailerons ayant chacun la forme d'un triangle dont un côté est situé dans le plan de jonction des demi-coquilles, et dont un autre côté est normal audit plan de jonction, les deux sommets les plus éloignés de l'axe de la bobine étant arrondis.
L'invention a en outre pour objet un procédé de fabrication de cette bobine toroïdale, caractérisé en ce qu'on part d'un corps de bobine constitué par un noyau magnétique entouré par une enveloppe isolante constituée par deux demi-coquilles identiques
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s'appliquant jointivement sur le noyau magnétique et pourvues d'ailerons définissant les compartiments à bobiner, en ce qu'on place le corps de bobine ainsi constitué entre les mâchoires d'une machine à bobiner qui le maintiennent par ses ailerons dans une position telle que l'enroulement d'un premier compartiment puisse être bobiné,
en ce qu'on bobine ce premier enroulement, en ce qu'on fait tourner entre les mâchoires non desserrées le corps de bobine d'un angle suffisant pour amener le deuxième compartiment en position de bobinage, en ce qu'on bobine dans cette deuxième position le deuxième enroulement, et en ce qu'on procède de même successivement pour chaque compartiment jusqu'au bobinage complet du corps de bobine, les bobinages successifs de chaque enroulement étant effectués sans interrup- tion du fil en laissant une large boucle de continuité d'un enroulement à l'autre à partir de l'extrémité d'entrée du fil jusqu'à son extrémité de sortie, et en ce qu'on coupe, après bobinage complet,
les différentes boucles afin d'obtenir des extrémités d'entrée et de sortie pour chaque enroulement.
L'invention a enfin pour objet une machine à bobiner pour la mise en oeuvre du procédé susindi- qué, comprenant une paire de mâchoires de serrage de forme circulaire et de diamètre plus grand que le diamètre extérieur du corps à bobiner, caractérisée en ce que les mâchoires comportent chacune une rainure circulaire à deux flancs en forme de V, conformée de manière que, lorsque les mâchoires s'appliquent contre les ailerons du corps de bobine, les flancs des rainures soient tangents à l'un des sommets arrondis de chaque aileron,
en ce qu'elle comprend des moyens pour exercer sur les mâchoires un effort de serrage tel que le corps de bobine soit maintenu en place sans mouvement parasite pendant le bobinage, un glissement des ailerons le long des rainures étant toutefois permis lorsqu'un effort suffisant est appliqué au corps de bobine pour le faire tourner, et des moyens pour faire tourner successivement le corps de bobine, après le bobinage de chaque compartiment, d'un angle égal à l'angle compris entre deux ailerons successifs, de manière à permettre le bobinage de l'enroulement du compartiment suivant.
Des formes d'exécution de la bobine selon l'invention sont décrites ci-après, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel La fig. 1 est une vue en plan du côté extérieur d'une demi-coquille isolante.
La fig. 2 est une coupe suivant la ligne A-A de la fig. 1.
La fi-. 3 représente une coupe du circuit magnétique avec sa coquille.
La fig. 4 représente schématiquement comment le circuit magnétique muni de ses coquilles et ailerons est bobiné sans discontinuité du premier compartiment au dernier. La fig. 5 représente la face extérieure d'une joue.
La fig. 6 représente la face intérieure de la même joue.
La fig. 7 représente une coupe de la joue suivant la ligne B-B de la fig. 5.
La fig. 8 montre la position de deux ailerons dans une joue.
La fig. 9 est une vue d'ensemble d'une bobine toroïdale.
La fig. 10 représente les deux mâchoires d'une machine serrant le corps à bobiner.
La fia. 11 représente le mouvement d'un cliquet d'avancement.
La fig. 12 représente un dispositif donnant la pression de serrage à la mâchoire supérieure.
Les fig. 1 et 2 représentent une demi-coquille isolante qui est constituée par un anneau creux 1 dont la section a la forme d'un U et par plusieurs ailerons minces 2 disposés perpendiculairement à l'anneau, orientés suivant des rayons et qui déterminent entre eux des compartiments de bobinage, chaque compartiment constituant un logement pour un enroulement. Les fi-. 1 et 2 représentent une demicoquille pour six enroulements mais il est bien évident que l'on peut prévoir un nombre différent de compartiments et que ceux-ci n'ont pas nécessairement à être disposés régulièrement sur le pourtour de la coquille.
On remarque que les ailerons sont reliés à l'anneau 1 seulement dans la partie extérieure de celui-ci et ont une forme arrondie 3 qui leur évite d'accrocher le fil pendant le bobinage, ce dernier se faisant compartiment par compartiment, le plan dans lequel se trouve le fil à bobiner étant fixe et l'anneau se déplaçant par rapport à ce plan suivant un mouvement de va-et-vient entre deux positions correspondant à l'intervalle séparant deux ailerons consécutifs. Une des branches de la section en U de l'anneau comporte sur une demi-circonférence une partie 4a en saillie sur le plan 5 de jonction des deux demi-coquilles et sur l'autre demi-circonférence prolongeant la première une partie 4b en retrait par rapport à ce plan.
On constitue un corps de bobine prêt à être bobiné suivant la fig. 3 en plaçant un noyau magnétique 6, qui peut être formé soit par un certain nombre de tôles découpées et empilées, soit par un ruban métallique enroulé en anneau, soit par des poudres comprimées, soit par tout autre procédé, dans la cavité en U d'une demi-coquille isolante ; le noyau déborde de la cavité en U de la moitié de son épaisseur et l'on coiffe alors la partie débordante du noyau par une deuxième demi-coquille isolante de façon que les parties 4a et 4b d'une demi- coquille s'emboitent respectivement dans des parties
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4b et 4a de l'autre demi-coquille.
Il est possible de coller l'une contre l'autre les deux demi-coquilles de manière à former un corps rigide. Le bobinage de ce corps se fait suivant la fig. 4 où les six enroulements ont été numérotés de I à VI ; de préférence, on calcule les enroulements de façon à utiliser pour chacun d'eux le même fil de bobinage, ce qui évite un changement du magasin de fil pendant le bobinage.
Après avoir monté le corps à bobiner entre des mâchoires de maintien placées sur une machine à bobiner de manière que celles-ci prennent appui sur la tranche d'un certain nombre d'ailerons, on commence par bobiner le premier enroulement I en partant de l'extrémité libre a du fil à bobiner ; quand le nombre de spires constituant le premier enroulement est atteint, on forme une boucle b avec le fil et l'on procède au bobinage du second enroulement II après avoir fait tourner le corps de l'angle compris entre deux ailerons ; la rotation pour la nouvelle mise en place se fait par un mécanisme d'encliquetage, chaque aileron représentant une dent de la roue à rochet, l'avancement se faisant après le bobinage de chaque compartiment.
Quand le deuxième enroulement a le nombre voulu de spires, on forme une boucle C analogue à la boucle b précédente et l'on procède au bobinage du troisième enroulement ; on continue ainsi jusqu'au sixième enroulement après avoir formé les boucles d - e et f et l'on termine en sortant l'extrémité libre g du fil. Le corps bobiné se présente donc avec cinq boucles b, c, d, e et f, et les deux extrémités libres a et g ; il est alors placé entre deux joues isolantes représentées aux fig. 5, 6 et 7.
Le diamètre extérieur de chaque joue correspond au diamètre extérieur des ailerons ; les deux sorties d'un même enroulement sont connectées à deux broches telles que 7, et passent dans deux encoches protectrices 8 situées en regard de ces broches. Chaque joue ne comporte que trois jeux de deux broches, mais chaque corps bobiné étant pourvu de deux joues comporte bien les six jeux de deux broches nécessaires au raccordement des six enroulements.
La fig. 6-représente la face intérieure d'une joue ; deux ailerons sont calés dans les saignées 9 dont la largeur correspond exactement à l'épaisseur d'un aileron et qui présentent (voir fig. 8) des pentes 9a correspondant à la pente d'un aileron ; deux ailerons opposés étant ainsi parfaitement maintenus, les autres empreintes 10, plus larges que l'épaisseur d'un aileron, permettent un certain débattement tenant compte des tolérances de fabrication dans la position des ailerons.
La fig. 7 est une coupe de la joue suivant la ligne B-B de la fig. 5 ; un trou 11 sert au passage d'une vis dont la tête, ou l'écrou de serrage, se loge dans une cavité hexagonale 12. La joue présente une collerette 13 dont la surépaisseur correspond aux parties basses des broches 7 sur lesquelles sont enrou- lés les fils de sortie des enroulements, de manière que les parties hautes des broches 7 soient nettes et lisses et puissent être engagées dans des douilles. La joue comporte à sa partie inférieure une collerette 14 formant un passage isolant pour la vis de maintien des deux joues.
Le montage de la bobine représentée à la fig. 9 se fait ainsi : on place un corps bobiné sur la face interne d'une joue ne portant pas d'empreinte-repère 15, les ailerons étant logés dans les fentes 9 et 10 ; on place ensuite la seconde joue portant une em- preinte-repère 15 de façon que cette empreinte-repère se trouve au milieu du compartiment où sont les deux sorties de fil a et g ; les trois jeux de broches de l'une des joues sont disposés en quinconce par rapport aux trois jeux de broches de l'autre joue ;
autrement dit, à chaque compartiment de bobinage correspondent toujours deux broches seulement et, pour les enroulements successifs, les deux broches sont situées alternativement sur l'une des joues et sur l'autre joue. On maintient les joues dans cette position au moyen d'une vis 16 passée au travers des deux joues et vissée dans un écrou 17 placé dans le logement hexagonal 12 de la joue inférieure.
On procède ensuite au raccordement des fils de sorties des différents enroulements : en se reportant aux fig. 4 et 5, on connecte l'extrémité a libre du fil à la broche 7 située à droite de l'empreinte- repère 15 et qui correspond à la borne marquée E, de la fig. 4 ; la boucle b est coupée et la partie b, de la boucle est raccordée à l'autre broche 7 située à gauche de l'empreinte-repère 15 et qui -correspond à la borne marquée S, de la fig. 4 ;
sur la fig. 9, on voit bien le brin a qui passe dans l'encoche correspondant à la broche El et qui est connecté à cette dernière et le brin b, qui passe dans l'encoche correspondant à la broche S, et qui est connecté à cette dernière ; sur la fig. 4 on voit que le brin b2 est connecté à la broche E, et qu'après avoir coupé la boucle C le brin C, est raccordé à la broche S., ;
sur la fig. 9 on voit bien le brin b., qui passe dans l'encoche correspondant à la broche E, et qui est connecté à cette dernière et le brin Cl qui passe dans l'encoche correspondant à la broche S2 et qui est connecté à cette dernière. On continue ainsi le raccordement d'une façon analogue pour les autres enroulements. Quand les fils sont raccordés sur chaque face externe des joues, la soudure est faite simultanément pour tous les fils de la même face en plongeant les broches dans un bain d'étain, le fil émaillé de l'enroulement étant autosoudable sans grattage préalable des connexions.
La machine à bobiner comporte, ainsi qu'il a été dit, des dispositifs spéciaux maintenant le corps à bobiner pendant son bobinage et utilisant les ailerons pour effectuer le changement du compartiment à bobiner.
Le principe de ces dispositifs est représenté sur les fig. 10, 11 et 12 ; sur la fig. 10, le corps à bobiner 18
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est placé entre une mâchoire inférieure fixe 19 et une mâchoire supérieure 20 appuyant avec une certaine pression dans le sens de la flèche fi sur la tranche des ailerons de la coquille ; on remarque que les deux mâchoires de maintien comportent une rainure en V 21, chaque face du V venant tangentiellement appuyer sur un des sommets arrondis d'un aileron ; la mâchoire inférieure présente, sur une certaine fraction de sa longueur, une rainure 22 dans laquelle peut coulisser un cliquet 23 ainsi qu'il est montré à la fig. 11 ;
le cliquet 23 a un profil tel que dans son mouvement circulaire centré sur l'axe 24, il s'efface à la rencontre d'un aileron 25 quand il est mû suivant la flèche f2 et, au contraire, entraîne l'aileron dans son mouvement quand il est mû suivant la flèche le mouvement d'effacement du cliquet 23 se fait de haut en bas suivant la flèche f4 (voir fig. 10) ; le cliquet revient en position haute sous l'effet d'un ressort dès qu'il n'est plus retenu par l'aileron. Les deux cliquets 23 sont manoeuvrés par un levier 26 pouvant être ramené en position initiale par un ressort de rappel 27.
Sur la fig. 12, on voit que la mâchoire de serrage supérieure 20 est montée au. bout d'un bras 28 sur lequel est fixé un axe 29 pouvant tourillonner dans une pièce fixe 30 ; un ressort 31 prenant appui d'une part sur une collerette 32 de la pièce 34 et d'autre part sur une rondelle 33 fixée sur l'axe 29, tend à pousser l'axe suivant la flèche f,-,, donc à appliquer la mâchoire 20 sur le corps à bobiner 18. Le mouvement suivant la flèche f; est limité par une butée 34 fixée à la pièce fixe 32.
De plus, le ressort à boudin 31, utilisé également à la flexion, tend à donner au bras 28 un mouvement circulaire suivant la flèche f:, que limitent des butées telles que 34. Ces butées jouent donc doublement un rôle vis-à-vis des mouvements du bras 28, d'une part dans le sens de la flèche f.; , d'autre part dans le sens de la flèche f6 . Le dispositif suivant la fig. 12 fonctionne comme suit. La mâchoire 20 ayant été écartée de dessus la mâchoire 19 afin de pouvoir placer le corps à bobiner sur la mâchoire inférieure, on appuie sur le bouton 33 de bas en haut.
Sous l'effet du couple de torsion engendré par le ressort 31 ainsi comprimé, l'axe 29 tourne dans le sens de la flèche f,, entraînant la mâchoire 20 qui vient se placer contre la butée 34 juste au-dessus du corps à bobiner 18. On peut alors ramener le bouton 33 vers le bas dans sa position normale et la mâchoire 20 descend sous l'effet de ce même ressort qui applique cette dernière sur les ailerons du corps à bobiner.
Après le bobinage de chaque enroulement, le corps à bobiner est man#uvré par le levier 26 ce qui permet de changer le compartiment de bobinage ; quand tous les compartiments ont été bobinés, on dé- gage la bobine en appuyant à nouveau sous la pièce 33 pour soulever la mâchoire 20.
Chaque demi-coquille présentant des ailerons pourrait être montée sur le noyau magnétique ; d'au- tre part, le nombre des ailerons et leur forme pourraient être différents, et les joues de maintien du corps bobiné pourraient comporter des broches de raccordement de forme différente et présenter, pour le calage des ailerons, par exemple des saillies sur la joue plutôt que des saignées ; le dispositif de maintien des joues sur le corps bobiné pourrait aussi être différent.
Le procédé de fabrication d'une bobine toroïdale qui a été décrit convient parfaitement pour la fabrication de bobines de très petites dimensions, pour lesquelles se pose le problème du maintien du corps de la bobine pendant le bobinage sans l'endommager ; il permet de bobiner un fil de très petites dimensions avec la précision qu'imposent les caractéristiques électriques à obtenir, et de bobiner successivement chacun des enroulements. Ce procédé s'applique donc très bien à la production en série de bobines miniatures destinées à être insérées dans des circuits imprimés.