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SYSTEME DE BOBINES POUR GENERATEURS DE CHAUFFAGE H.F.
L'invention concerne un système de bobines pour générateurs de chauffage H.F. constitué par une bobine cylindrique primaire hélicoïdale, refroidie à l'eau et déplaçable axialement, et par une bobine de couplage fixe entourant coaxialement la bobine primaire et constituée par une bande métallique cintrée en forme de gaine cylindriqueo
L'un des problèmes que posent de tels dispositifs est l'obtention d'une valeur maximum suffisamment grande du couplage entre la bobine primaire et la bobine secondaire (bobine de couplage).
En effet, à la bobine de couplage est reliée une bobine active qui,tout comme la bobine de couplage, est généralement constituée par une seule spire dans le champ de laquelle on place la matière à chauffero L'impédance formée par la bobine active peut avoir des valeurs très divergentes et lorsqu'on désire que le générateur dissipe la pleine puissance dans la bobine active pour des valeurs particulièrement défavorables de l'impédance, il faut que,pour la transmission de cette puissance de la bobine primaire vers la bobine secondaire, la bobine primaire soit traversée par des courants très intenses (déwattés) qui provoquent de notables perteso
Pour limiter, dans la mesure du possible, l'intensité de ces courants, il faut que le couplage (maximum)
entre le primaire et le secondaire soit aussi grand que possibleo L'invention permet d'atteindre ce but par l'emploi d'un noyau ferromagnétique dans la bobine primaireo Les grandes pertes qui se produisent dans le noyau aux fréquences élevées utilisées (1 à 2 Mo/s), provoquent un intense développement de chaleur dans le noyau; l'invention fournit une forme de construction qui assure une évacuation satisfaisante de cette chaleur.
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L'invention fournit également un système de bobines sur;, peu encombrant, qui permet d'obtenir sans inconvénients les valeurs très divergentes du couplage entre la bobine primaire et la bobine secondaire (bobine de couplage), nécessaires pour l'adaptation aux diverses conditions de fonctionnemento
Suivant l'invention, ces résultats sont obtenus par le fait que le système de bobines est plongé dans de l'huile isolante et que dans la bobine primaire se trouve un noyau ferromagnétique en forme de tige,
en une ferrite cubique mauvaise conductrice de l'électricité le tout de façon que la longueur de l'enroulement primaire est plus grande que le double du diamètre et que le support de l'enroulement primaire et du noyau comportent des ouvertures telles que la transmission de chaleur par l'huile du noyau à l'enroulement primaire puisse s'effectuer sans entraveo Grâce à l'emploi de ferrite, les pertes dans le noyau sont comprises entre des limites raisonnables et par suite de la bonne transmission de la chaleur par l'huile, la forme du noyau permet d'obtenir un refroidissement suffisant de toutes les parties du noyau par la bobine primaire.
De plus, le noyau affectant la forme d'une tige, le diamètre du système de bobines peut être assez petit et grâce à l'isolement à l'huile, l'espace compris entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire peut être très petit. Ces deux faits sont favorables pour maintenir l'inductance de dispersion à une valeur assez faible, ce qui est nécessaire pour obtenir un degré de couplage maximum.
Le petit espace (par exemple de quelques millimètres) compris entre la bobine primaire et la bobine secondaire impose cependant une grande précision au guidage du mouvement de glissement de la bobine primaireo Suivant l'invention, on peut satisfaire à ces conditions en faisant porter l'ensemble du noyau et de l'enroulement par au moins deux organes qui, vus dans la direction radiale, se trouvent de part et d'autre de la bobine et qui, tous deux, peuvent glisser dans la direction axiale.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Les Figs. 1 et 2 montrent respectivement en élévation et de profil, un système de bobines conforme à l'invention.
Les Figso 3 et 4 représentent de la même manière un second exemple de réalisation de l'invention; la Figo 4 est une demi-vue et une demicoupeo
Le système de bobines représenté sur les Figso 1 et 2 est porté par une plaque isolante horizontale 1, qui constitue le couvercle d'un bac 3, rempli d'huileo La bobine primaire 5 et la bobine secondaire 7 (bobine de couplage) sont fixées à la partie inférieure de la plaque 1 et se trou- vent dans le bac 3 rempli d'huile ; dispositif d'ajustage du système des bobines est essentiellement monté au-dessus de la plaque porteuse 1. La bobine primaire 5 forme, ensemble avec un condensateur, le circuit oscillant d'un générateur H.F. pour applications de chauffage.
Le condensateur et les autres organes du générateur peuvent être montés à côté du système de bobines, sur la face inférieure et sur la face supérieure de la plaque porteuse 1. Tous ces organes peuvent être de construction usuelle et c'est la raison pour laquelle ils ne sont pas représentés sur le dessin.
La bobine primaire 5 est un tube de cuivre de, par exemple, 6 mm d'épaisseur enroulé en forme d'hélice; ce tube est supporté par trois tiges isolantes 9,11 et 13, par exemple en papier de Lyon, appliquées contre la surface intérieure de la bobineo Les extrémités de ces tiges sont fixées par exemple à l'aide de coins - dans deux plaques terminales isolantes 15 et 17, (sur la Figo 2 , la plaque 17 est partiellement brisée)Entre les
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tiges 9, 11 et 13 se trouve un noyau, ferromagnétique 19 de forme essentiellement cylindrique, en une ferrite cubique mauvaise conductrice de l'électricité, à faibles pertes (cristaux mixtes d'oxyde de fer et d'autres oxydes métalliques).
Le noyau 19 comporte trois longues rainures axiales dans lesquelles sont noyées partiellement les tiges 9,11 et 13 et son diamètre n'est inférieur que de quelques millimètres au diamètre intérieur de l'hélice 50
L'ensemble de l'hélice 5, du noyau 19, des tiges porteuses 9, 11 et 13, et des plaques porteuses 15 et 17, est déplaçable axialement. A cet effet, les deux plaques porteuses 15 et 17 sont reliées par des tiges de guidage métalliques 21 et 23 (voir Figo 2 qui montre essentiellement les écrous de fixation des tiges)o Ces tiges peuvent glisser dans deux supports isolants plats de forme trapézoïdale 25 et 27 (voir Figo 2) qui portent en même temps la bobine de couplage (bobine secondaire) 70
Cette bobine secondaire est essentiellement constituée par une bande de cuivre cintrée qui entoure la bobine 5 avec un jeu de quelques millimètres seulement.
La largeur de la bande, c'est-à-dire la longueur axiale de la bobine de couplage est approximativement égale à la longueur de la bobine 5,le noyau 19 est environ 20% plus longo La bande forme non seulement la spire de couplage 7, mais aussi la double connexion de cette spire; les deux extrémités 29 et 31 de la bande sont disposées parallèlement l'une à l'autre, espacées de quelques millimètres seulement, sortent obliquement du bac d'huile 3 vers le haut et se terminent par de lourdes bornes 33 et 35. Celles-ci sont vissées de fagon isolée, ensemble avec les bords terminaux de la bande 5,29, 31, sur un étrier en saillie soudé au bac 3.
Dans l'hélice 5 circule de l'eau qui est amenée par des tuyauteries 39 et 41 et qui sert à refroidir non seulement la bobine, mais également l'huile qui l'entoure et cette huile refroidit à son tour le noyau 19.
Ceci permet d'évacuer la chaleur développée dans ces organes ; pour refroidir la bobine de couplage 7 , on a soudé sur la bande de cuivre 7 , 29, 31 un certain nombre de tubes 43 et 45, qui sont raccordés, éventuellement en série avec la bobine 5, sur la canalisation d'eau de refroidissemento
Comme l'évacuation de la chaleur développée dans le noyau 19, chaleur qui peut être assez grande même dans le cas d'emploi de ferrite, s'effectue essentiellement par la bobine 5, il importe que le porte-bobine se trouvant entre ces organes, entrave aussi peu que possible la circulation d'huile de la bobine vers le noyau, c'est-à-dire que les ouvertures de passage pour l'huile doivent être suffisamment grandes.
La forme de construction à tiges 9,Il et 13,représentée sur le dessin, satisfait à cette conditiono Un porte-bobine affectant la forme d'un tube isolant à grandes ouvertures dans la paroi, convient également pour de petites puis- sanceso De plus,la petite distance (quelques millimètres,voire moins), entre le côté extérieur du noyau 19 et la bobine primaire 5, favorise également la transmission de chaleur. Une aussi petite distance entre deux parties entre lesquelles règne une tension de par exemple 100000 V, est admissible entre autres grâce aux propriétés isolantes de la ferrite.
Le couplage entre la bobine primaire 5 et la bobine secondaire 7 se règle à l'aide d'un volant 47, d'un galet 49 fixé sur l'axe de ce volant, et de deux rubans métalliques 51 et 53 pouvant s'enrouler sur ce galet; ce dispositif permet de déplacer axialement la bobine primaire. A cet effet,le ruban 51 est fixé à une extrémité sur le galet 49,passe sur un galet 57 prévu dans une ouverture 55 de la plaque 1, travers l'ouverture 55 et longe le côté inférieur de la plaque pour se diriger vers la plaque terminale 15;
de la même manière, le ruban 53 passe sur un galet 59,et à travers une ouverture 61, il se dirige vers la plaque terminale 17.Les deux rubans sont quelque peu tendus et lors de la rotation du volant 47, l'une des bandes se déroule du cylindre 49 tandis que l'autre bande s'enroule sur ce cylindreo
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Comme l'espace (axial) compris entre la bobine primaire et la bobine secondaire n'est que de quelques millimètres, par suite des grandes différences de tension existant entre ces bobines (par exemple 100000 V), le guidage du mouvement de la bobine primaire doit répondre à des conditions très sévères.
On satisfait à ces conditions par le fait que les deux plaques terminales 15 et 17 sont étayées, en ce sens que les tiges de guidage 21 et 23 sont fixées aux deux plaques terminales et que la bobine est donc guidée aux deux extrémitéso
De ce fait, comme le montre la Fig. 1, la bobine primaire ou du moins le support de cette bobine doit dépasser, aux deux extrémités la bobine de couplage 7 et au total, sur une distance égale à la course de déplacement maximum de la bobine. De ce fait, la longueur totale du système de bobines est approximativement égale au triple de la longueur totale de l'enroulement primaire.
Une plus petite longueur totale peut s'obtenir en divisant la bobine secondaire, de la manière représentée sur la Figo 1, en deux parties, par un trait de scie 63 perpendiculaire à l'axe. Les deux spires de couplage ainsi formées sont donc assemblées à une extrémité, tandis que l'autre extrémité (65) de l'une des moitiés est, comme le montre la Fige 1, recouverte par un prolongement latéral 76 de l'autre moitiéo Un écrou papillon 69, prévu du côté supérieur, permet d'assembler par serrage les extrémités de bobine 65 et 67.
Pour obtenir le couplage minimum, on desserre l'écrou-papillon 69 et on glisse la bobine 5 de façon qu'elle se trouve à l'extérieur de la moitié de droite (sur la Fig. 1) de la bobine 7. La moitié de gauche reste alors inactive, de sorte que tout le courant de sortie traverse la moitié de droite. Ceci ne constitue pas un inconvénient, car, dans la position de faible couplage, le courant de sortie est peu intense et ne provoque donc pas un échauffement excessif de la moitié active de droite.
Pour un courant de sortie d'intensité maximum ou approximativement maximum, les deux demi-bobines sont évidemment actives.
Les Figs. 3 et 4 illustrent une seconde forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention, qui, dans ses grandes lignes, est constitué de la même manière que le dispositif représenté sur les Figso 1 et 2.
Le guidage de la bobine primaire (70) coaxialement avec la bobine de couplage 71, s'obtient ici à l'aide d'une seule tige de guidage 73, en une matière non conductrice de l'électricité, de section non circulaire, par exemple rectangulaire, et cette tige traverse à peu près coaxialement les plaques terminales 75 et 77, et le noyau 79. A cet effet, les plaques terminales 75 et 77 comportent des ouvertures appropriées tandis que le noyau 79 comporte une large ouverture axiale que traverse également l'un des conducteurs de connexion (81) de la bobine 70.
Comme le montrent les Fige. 3 et 4, la bobine primaire, support inclus, a une plus petite longueur que sur les figures précédentes, car, contrairement à la forme de réalisation représentée sur les Fige. 1 et 2, la plaque terminale 77 peut glisser, à l'intérieur de la bobine de couplage 71 (de préférence, vu les tensions élevées mises en jeu, sans toucher la bobine de couplage). La longueur peut être plus petite encore lorsque, contrairement à ce qui est représenté sur la Fig. 3,la bobine 71 est constituée par deux parties électriques séparées, pouvant être branchées en parallèle, comme le représente la Figo 1.
Afin d'éviter que, par suite de la matière ferromagnétique du noyau 79 qui l'entoure, la connexion 81 acquière une assez grande self-induction, - qui agirait donc comme inductance de dispersion et abaisserait le couplage entre la bobine primaire et la bobine secondaire - le noyau 79 comporte un trait de scie radial 83 , qui forme une interruption du circuit magnétique entourant le conducteur 81.
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COIL SYSTEM FOR H.F. HEATING GENERATORS
The invention relates to a coil system for HF heating generators consisting of a helical cylindrical primary coil, cooled with water and axially displaceable, and by a fixed coupling coil coaxially surrounding the primary coil and formed by a metal strip bent in cylindrical sheath shape
One of the problems with such devices is obtaining a sufficiently large maximum value of the coupling between the primary coil and the secondary coil (coupling coil).
In fact, to the coupling coil is connected an active coil which, like the coupling coil, is generally formed by a single turn in the field of which the material to be heated is placed. The impedance formed by the active coil can have very divergent values and when it is desired that the generator dissipates the full power in the active coil for particularly unfavorable values of the impedance, it is necessary that, for the transmission of this power from the primary coil to the secondary coil, the primary coil is traversed by very intense currents (dewatted) which cause significant losses
To limit, as far as possible, the intensity of these currents, it is necessary that the (maximum) coupling
between the primary and the secondary is as large as possible o The invention makes it possible to achieve this goal by using a ferromagnetic core in the primary coil o The large losses which occur in the core at the high frequencies used (1 to 2 Mo / s), cause an intense development of heat in the core; the invention provides a form of construction which ensures satisfactory removal of this heat.
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The invention also provides a system of coils on ;, space-saving, which makes it possible to obtain without inconvenience the very divergent values of the coupling between the primary coil and the secondary coil (coupling coil), necessary for adaptation to the various conditions. of operation
According to the invention, these results are obtained by the fact that the coil system is immersed in insulating oil and that in the primary coil there is a ferromagnetic core in the form of a rod,
in a cubic ferrite poor conductor of electricity the whole so that the length of the primary winding is greater than the double of the diameter and that the support of the primary winding and the core have openings such as the transmission of heat by the oil from the core to the primary winding can take place without hindrance. Thanks to the use of ferrite, the losses in the core are between reasonable limits and as a result of the good transmission of heat by the oil, the shape of the core allows sufficient cooling of all parts of the core by the primary coil.
In addition, since the core is in the shape of a rod, the diameter of the coil system can be quite small, and thanks to the oil insulation, the space between the primary winding and the secondary winding can be very small. These two facts are favorable to keep the dispersion inductance at a low enough value, which is necessary to obtain a maximum degree of coupling.
The small space (for example of a few millimeters) between the primary coil and the secondary coil, however, requires great precision in guiding the sliding movement of the primary coil. According to the invention, these conditions can be satisfied by making the assembly of the core and of the winding by at least two members which, seen in the radial direction, are on either side of the coil and which, both, can slide in the axial direction.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
Figs. 1 and 2 show, respectively, in elevation and in profile, a coil system according to the invention.
Figures 3 and 4 show in the same way a second embodiment of the invention; Figo 4 is a half view and a demicoupeo
The coil system shown in Figso 1 and 2 is carried by a horizontal insulating plate 1, which constitutes the cover of a tank 3, filled with oil o The primary coil 5 and the secondary coil 7 (coupling coil) are fixed at the lower part of the plate 1 and are located in the tank 3 filled with oil; The device for adjusting the coil system is essentially mounted above the carrier plate 1. The primary coil 5, together with a capacitor, forms the oscillating circuit of an H.F. generator for heating applications.
The capacitor and the other parts of the generator can be mounted next to the coil system, on the lower face and on the upper face of the carrier plate 1. All these parts can be of usual construction and this is the reason why they are not shown in the drawing.
The primary coil 5 is a copper tube of, for example, 6 mm thick wound in the form of a helix; this tube is supported by three insulating rods 9,11 and 13, for example in Lyon paper, applied against the inner surface of the coil o The ends of these rods are fixed for example using wedges - in two insulating end plates 15 and 17, (in Figo 2, the plate 17 is partially broken) Between the
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Rods 9, 11 and 13 there is a core, ferromagnetic 19 of essentially cylindrical shape, of a poor electrically conductive, low loss cubic ferrite (mixed crystals of iron oxide and other metal oxides).
The core 19 has three long axial grooves in which the rods 9, 11 and 13 are partially embedded and its diameter is only a few millimeters smaller than the internal diameter of the propeller 50
The assembly of the propeller 5, the core 19, the supporting rods 9, 11 and 13, and the supporting plates 15 and 17, is axially movable. For this purpose, the two bearing plates 15 and 17 are connected by metal guide rods 21 and 23 (see Figo 2 which essentially shows the nuts for fixing the rods) o These rods can slide in two flat insulating supports of trapezoidal shape 25 and 27 (see Figo 2) which at the same time carry the coupling coil (secondary coil) 70
This secondary coil is essentially constituted by a curved copper strip which surrounds the coil 5 with a play of only a few millimeters.
The width of the strip, i.e. the axial length of the coupling coil is approximately equal to the length of the coil 5, the core 19 is approximately 20% longero The tape not only forms the coupling coil 7, but also the double connection of this coil; the two ends 29 and 31 of the strip are arranged parallel to each other, spaced only a few millimeters apart, exit obliquely from the oil pan 3 upwards and terminate in heavy terminals 33 and 35. Those- these are individually screwed, together with the terminal edges of the strip 5, 29, 31, on a protruding bracket welded to the tank 3.
In the propeller 5 circulates water which is brought by pipes 39 and 41 and which serves to cool not only the coil, but also the oil which surrounds it and this oil in turn cools the core 19.
This allows the heat developed in these organs to be evacuated; to cool the coupling coil 7, a number of tubes 43 and 45 have been soldered onto the copper strip 7, 29, 31, which are connected, possibly in series with the coil 5, on the cooling water pipe.
As the evacuation of the heat developed in the core 19, heat which can be quite large even in the case of use of ferrite, is effected essentially by the coil 5, it is important that the coil holder located between these members , impedes as little as possible the flow of oil from the coil to the core, i.e. the oil passage openings must be large enough.
The rod construction form 9, II and 13, shown in the drawing, satisfies this conditiono A spool holder in the form of an insulating tube with large openings in the wall, is also suitable for small powerso In addition , the small distance (a few millimeters, or even less) between the outer side of the core 19 and the primary coil 5 also promotes heat transmission. Such a small distance between two parts between which there is a voltage of for example 100,000 V, is permissible, among other things, thanks to the insulating properties of ferrite.
The coupling between the primary coil 5 and the secondary coil 7 is adjusted using a flywheel 47, a roller 49 fixed to the axis of this flywheel, and two metal bands 51 and 53 which can be wound up. on this pebble; this device makes it possible to axially move the primary coil. For this purpose, the tape 51 is fixed at one end on the roller 49, passes over a roller 57 provided in an opening 55 of the plate 1, through the opening 55 and runs along the lower side of the plate to move towards the end plate 15;
in the same way, the tape 53 passes over a roller 59, and through an opening 61, it goes towards the end plate 17. The two tapes are somewhat stretched and during the rotation of the flywheel 47, one of the bands unwinds from cylinder 49 while the other band winds around this cylindero
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As the (axial) space between the primary coil and the secondary coil is only a few millimeters, due to the large voltage differences existing between these coils (for example 100,000 V), the guiding of the movement of the primary coil must meet very severe conditions.
These conditions are satisfied by the fact that the two end plates 15 and 17 are supported, in the sense that the guide rods 21 and 23 are fixed to the two end plates and that the coil is therefore guided at both ends.
Therefore, as shown in Fig. 1, the primary coil or at least the support of this coil must exceed, at both ends the coupling coil 7 and in total, over a distance equal to the maximum displacement travel of the coil. Therefore, the total length of the coil system is approximately three times the total length of the primary winding.
A smaller total length can be obtained by dividing the secondary coil, as shown in Fig. 1, into two parts, by a kerf 63 perpendicular to the axis. The two coupling turns thus formed are therefore assembled at one end, while the other end (65) of one of the halves is, as shown in Fig. 1, covered by a lateral extension 76 of the other half. wing nut 69, provided on the upper side, allows the ends of the coil 65 and 67 to be clamped together.
To obtain the minimum coupling, loosen the wing nut 69 and slide the coil 5 so that it is outside the right half (in Fig. 1) of the coil 7. The half left then remains inactive, so that all output current flows through the right half. This does not constitute a drawback, since, in the weak coupling position, the output current is not very intense and therefore does not cause excessive heating of the active right half.
For an output current of maximum or approximately maximum intensity, the two half-coils are obviously active.
Figs. 3 and 4 illustrate a second embodiment of the device according to the invention, which, in broad outline, is made in the same way as the device shown in Figs 1 and 2.
The guiding of the primary coil (70) coaxially with the coupling coil 71, is obtained here by means of a single guide rod 73, in a non-electrically conductive material, of non-circular section, by rectangular example, and this rod passes roughly coaxially through the end plates 75 and 77, and the core 79. For this purpose, the end plates 75 and 77 have suitable openings while the core 79 has a wide axial opening through which also passes. one of the connecting conductors (81) of the coil 70.
As shown in Fige. 3 and 4, the primary coil, support included, has a shorter length than in the previous figures, because, unlike the embodiment shown in Figs. 1 and 2, the end plate 77 can slide, inside the coupling coil 71 (preferably, in view of the high voltages involved, without touching the coupling coil). The length can be even smaller when, contrary to what is shown in FIG. 3, the coil 71 consists of two separate electrical parts, which can be connected in parallel, as shown in Fig. 1.
In order to prevent, as a result of the ferromagnetic material of the core 79 which surrounds it, the connection 81 acquires a sufficiently large self-induction, - which would therefore act as a dispersion inductance and would lower the coupling between the primary coil and the coil secondary - the core 79 has a radial kerf 83, which forms an interruption of the magnetic circuit surrounding the conductor 81.