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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.