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SYSTEME DE BOBINES, EN PARTICULIER POUR GENERATEURS DE CHAUFFAGE H.F.
L'invention concerne un système de bobines, en particulier pour générateurs de chauffage H.F., constitué par une bobine primaire hélicoïdale refroidie à l'eau, à noyau ferromagnétique en forme de tige et par une bobine de couplage, entourant la bobine primaire et constituée par une bande métallique cintrée en forme de gaine cylindrique. La bobine primaire peut faire partie du circuit de sortie d'un générateur à tubes, tandis que la bobine de couplage (bobine secondaire) peut être connectée à une bobine de chauffage (bobine active) comportant une seule spire et dans le champ de laquelle on place l'objet à chauffer.
L'impédance que forme la bobine active peut avoir des valeur très divergentes. Pour que toute la puissance du générateur puisse être transmise à la bobine active, même pour les valeurs les plus défavorables de cette impédance, il est désirable que la bobine secondaire puisse être couplée de façon très serrée à la bobine primaire. Ce résultat s'obtient par l'emploi dudit noyau ferromagnétique qui peut être, par exemple, en ferrite (matière de cristaux mixtes cubiques d'oxyde de fer et d'autres oxydes métalliques).
L'évacuation de la chaleur développée par les pertes dans le noyau nécessite l'emploi d'un refroidissement forcé. De préférence, on dispose à cet effet le noyau, ensemble avec la bobine primaire et éventuellement la bobine secondaire, dans un bac rempli d'huile. Comme il sera expliqué par la suite, le refroidissement forcé soulève des difficultés d'ordre constructif, difficultés qui proviennent en particulier du montage des conducteurs d'alimentation de la bobine primaire. Suivant l'invention, on obvie à ces difficultés par le fait que l'un des conducteurs d'alimentation
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de la bobine primaire traverse une ouverture centrale ménagée dans le noyau et par le fait que le circuit entourant le conducteur qui traverse le noyau est interrompu par une fente.
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.
La fig. 1 représente, en perspective, l'une des formes de réalisation du dispositif conforme à l'invention.
Les figs. 2 et 3 respectivement une vue du dessous et une vue de profil d'une seconde forme de réalisation.
Le système de bobines représenté sur la fig. 1, comporte une bobine primaire (représentée en coupe axiale) formée par un tube de cuivre enroulé en hélice; cette bobine est placée dans un bac d'huile cylindrique qui entoure coaxialement la bobine. Le bac d'huile 2, en une matière isolante, à faible pertes H.F., est disposé de façon que son axe soit vertical; il est étroitement entouré par une bande métallique 5, cintrée en forme de gaine cylindrique qui constitue la bobine secondaire (bobine de couplage).
Le bac 3 comporte, à sa partie supérieure, un flasque 7 sur lequel est vissé un couvercle isolant 8.
Les extrémités 9 et 10 de la bobine 1 sortent verticalement, et de manière étanche à l'huile, à travers le couvercle 8. A l'intérieur de la bobine 1 est disposé coaxialement un noyau 11, en forme de tige, constitué par de la matière ferromagnétique à faibles pertes H.F., de préférence une matière de cristaux mixtes cubiques d'oxyde de fer et d'autres oxydes métalliques ferrite). Le noyau est porté par trois traverses isolantes 13 (pour la clarté du dessin, l'une de ces traverses a été omise); chacune de ces traverses est constituée par deux parties, munies de cavités, entre lesquelles est serrée la bobine 1. Les traverses 13 sont partiellement noyées dans les rainures verticales 15 du noyau 11. Le noyau est perforé axialement et le conducteur d'alimentation de l'extrémité inférieure de la bobine 1 traverse cette ouverture.
Les conducteurs d'alimentation 9 et 10 sont branchés sur un circuit de refroidissement (non représenté sur le dessin), de sorte que de l'eau de refroidissement peut être amenée à la bobine 1. De même, la bobine de couplage 5 peut être refroidie par des tubes réfrigérants de cuivre 17, y soudés. Aux extrémités 19 et 21 de la bobine de couplage 5 sont fixées de lourdes bornes 23 et 25, qui servent à la connexion d'une bobine de chauffage (bobine active) de construction usuelle, qui n'est pas représentée sur le dessin.
La bobine primaire 1 fait office de bobine de self-induction dans le circuit oscillant d'un générateur de chauffage H.F., d'une puissance de quelques kilowatts, qui, pour le reste, peut être de construction usuelle et qui n'est pas représenté sur le dessin. Pour transmettre toute l'énergie H.F. à la bobine active et à l'objet à chauffer placé dans le champ de cette bobine, il faut, dans certains cas, assurer un couplage très serré entre la bobine primaire et la bobine secondaire 5. Ce résultat s'obtient en insérant le noyau 9 dans la bobine 1. Pour évacuer la chaleur développée dans ce noyau, le bac 3 est rempli d'huile et celle-ci est refroidie par l'eau qui traverse le tube 1.
Entre le tube 1 et le noyau 11 ne se trouvent pas abstraction faite des traverses 13 qui ne recouvrent qu'une petite partie de la surface du noyau - de parties qui entravent la circulation de l'huile du noyau vers la bobine et vice-versa, de sorte que l'on obtient un refroidissement très énergique du noyau. Le bac 3 peut être constitué par un tube de verre auquel est cimenté un flasque 7 et par un fond 27 fixé de la même façon.
La traversée particulièrement avantageuse en ce qui concerne l'étanchéité à l'huile des deux conducteurs de courant et d'eau de refroidissement 9 et 10 par le couvercle 8, est réalisée de façon pratique en amenant le conducteur d'alimentation 10 vers la partie inférieure de la bobine 1 à travers une ou-
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verture axiale ménagée dans le noyau 11. Toutefois, en l'absence d'autres dispositions, par suite de la matière ferromagnétique du noyau 11 qui l'entoure, cette ligne acquerrait une assez grande self-induction et cette selfinduction agirait comme induction de dispersion et réduirait donc le couplage entre la bobine primaire et la bobine secondaire. De ce fait, on n'obtiendrait pas le couplage très serré requis entre la bobine primaire et la bobine secondaire.
C'est la raison pour laquelle le noyau 11 comporte un trait de scie radial 29 qui constitue une interruption du circuit magnétique autour du conducteur 10.
Le fait que le conducteur 10 traverse une ouverture du noyau Il offre un double avantage, le bac d'huile peut facilement être rendu étanche et de plus la bobine de couplage 5 est facilement remplaçable. A cet effet, la bobine de couplage est disposée à l'extérieur du bac d'huile 3. L'interchangeabilité de la bobine de couplage est d'importance pour traiter des pièces de formats différents; l'emploi d'une bobine de couplage plus courte que celle représentée sur le dessin, permet, pour certaines pièces, d'adapter mieux l'impédance de la bobine de couplage à celle de la bobine active.
Les figs. 2 et 3 représentent un exemple de réalisation de l'invention à bobine primaire déplaçable. La fig. 3 est une demi-vue et une demicoupe suivant le plan III-III de la fig. 2.
Le système de bobines représenté sur les figs. 2 et 3 est porté par une plaque porteuse isolante horizontale 31 qui forme le couvercle d'un bac rempli d'huile 33 (voir fig. 3). La bobine primaire 35 et la bobine secondaire (bobine de couplage 37) sont fixées à la partie inférieure de la plaque 31 et se trouvent dans le bac d'huile 33; le dispositif de réglage du système de bobines se troùve essentiellement au-dessus de la plaque porteuse 31. La bobine primaire 35 forme, ensemble avec un condensateur, le circuit oscillant d'un générateur H.F. pour applications de chauffage. Le condensasateur 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 31.
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 35 est un tube de cuivre, par exemple de 6mm d'épaisseur, qui est enroulé en forme d'hélice et qui est porté par trois tiges isolantes 39, 41 et 43, par exemple en papier de Lyon, qui sont appliquées contre la face intérieure de la bobine. Les extrémités de ces tiges sont fixées, par exemple à l'aide de coins, dans deux plaques terminales isolantes 45 et 47. Entre les tiges 39, 41 et 43, se trouve un noyau ferromagnétique 49 essentiellement cylindrique, en ferrite cubique conductrice d'électricité et à faibles pertes (cristaux mixtes d'oxyde de fer et d'autres oxydes métalliques).
Le noyau 49 comporte trois longues rainures axiales dans lesquelles sont logées partiellement les tiges 39, 41 et 43; le diamètre de ce noyau n'est inférieur que de quelques millimètres au diamètre intérieur de l'hélice 35.
L'ensemble de l'hélice 35, du noyau 49, des tiges porteuses 39, 41 et 43, et des plaques porteuses 45 et 47 peut glisser sur une tige de guidage 51 en une matière non conductrice de l'électricité, par exemple en papier de Lyon, de section non circulaire, par exemple rectangulaire; cette tige traverse à peu près coaxialement les plaques terminales 45 et 47, et le noyau 49. A cet effet, les plaques terminales 45 et 47 comportent des ouvertures appropriées, tandis que le noyau 49 est percé d'une large ouverture axiale que traverse également l'un des conducteurs d'alimentation (53) de la bobine 35.
La bobine de couplage 37 est essentiellement constituée par une bande de cuivre cintrée qui entoure coaxialement la bobine 35 avec un jeu de quelques millimètres seulement et qui est portée par deux isolants plats trapézoïdaux 55 et 57. La largeur de la bande - donc la longueur axiale de
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la bobine de couplage - est approximativement égale à la longueur de la bobine 35; le noyau 49 est environ 20% plus long. La bande forme donc, outre la spire de couplage 37, la double ligne de connexion de cette spire; les deux extrémités 59 et 61 (voir Fig. 3) de la bande sont parallèles et écartées de quelques millimètres seulement; elles sortent obliquement vers le haut du bac à huile 33 et se terminent par de lourdes bornes 63 et 65.
Celles-ci sont vissées isolées ensemble avec les bords extrêmes 59 et 61 de la bande, sur un étrier soudé au bac 33.
L'hélice 35 est traversée par de l'eau qui est amenée par les tuyauteries 69 et 71 et qui sert à refroidir la bobine ainsi que l'huile entourant cette bobine; à son tour, cette huile refroidit le noyau 49. La chaleur développée dans ces organes peut ainsi être facilement évacuée; pour refroidir la bobine de couplage 37, on a soudé sur la bande de cuivre 37, 59, 61 quelques tubes 73 et 75 qui sont branchés éventuellement en série avec la bobine 35, sur la canalisation d'eau de refroidissement.
Le couplage entre la bobine primaire 35 et la bobine secondaire 37 se règle à l'aide d'un volant 77, d'un galet 79 fixé sur l'axe du volant, et de deux rubans métalliques 81 et 83, qui peuvent s'enrouler sur ce galet; ce dispositif permet de déplacer axialement la bobine primaire.
A cet effet, le ruban est fixé par une extrémité sur le galet 79, et passe en outre sur un galet 87 qui peut tourner dans une ouverture 85 ménagée dans la plaque 31, traverse l'ouverture 85 et longe le cote inférieur de la plaque vers la plaque terminale 45; de manière analogue, le ruban 83 passe sur un galet 89 à travers une ouverture 91 et à travers des cavités (non visibles sur le dessin), ménagées dans les supports 55 et 57, également vers la plaque terminale 45. Les deux rubans sont quelque peu tendus, et, lors de la manoeuvre du volant 77, l'un des rubans se déroule du galet 79 tandis que l'autre ruban s'y enroule.
Si l'on dispose la ligne d'alimentation en courant et d'alimen- tation en eau de refroidissement 53 à l'intérieur du noyau 49, la longueur du système de bobines est aussi petite que possible. En effet, dans un autre cas, la canalisation devrait dépasser la plaque terminale d'une longueur égale à la distance de déplacement de la bobine 35.
Afin d'éviter que, par suite de la matière ferromagnétique du noyau 49 qui l'entoure, le conducteur d'alimentation 51 ait une assez grande self-induction, - qui agit comme induction de dispersion et qui est donc nuisible - on a ménagé dans le noyau 49 un trait de scie radial 93 qui forme une interruption du circuit magnétique entourant le conducteur 51.
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COIL SYSTEM, IN PARTICULAR FOR H.F. HEATING GENERATORS
The invention relates to a coil system, in particular for HF heating generators, consisting of a water-cooled helical primary coil with a rod-shaped ferromagnetic core and a coupling coil, surrounding the primary coil and consisting of a bent metal strip in the form of a cylindrical sheath. The primary coil can be part of the output circuit of a tube generator, while the coupling coil (secondary coil) can be connected to a heating coil (active coil) having a single turn and in whose field we place the object to be heated.
The impedance formed by the active coil can have very divergent values. In order that all of the power from the generator can be transmitted to the active coil, even for the most unfavorable values of this impedance, it is desirable that the secondary coil can be very tightly coupled to the primary coil. This result is obtained by the use of said ferromagnetic core which can be, for example, ferrite (material of cubic mixed crystals of iron oxide and other metal oxides).
The removal of the heat developed by the losses in the core requires the use of forced cooling. For this purpose, the core, together with the primary coil and possibly the secondary coil, is preferably placed in a tank filled with oil. As will be explained below, forced cooling raises difficulties of a constructive nature, difficulties which arise in particular from the mounting of the supply conductors of the primary coil. According to the invention, these difficulties are obviated by the fact that one of the supply conductors
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of the primary coil passes through a central opening made in the core and by the fact that the circuit surrounding the conductor which passes through the core is interrupted by a slot.
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.
Fig. 1 shows, in perspective, one of the embodiments of the device according to the invention.
Figs. 2 and 3 respectively a bottom view and a side view of a second embodiment.
The coil system shown in fig. 1, comprises a primary coil (shown in axial section) formed by a copper tube wound in a helix; this coil is placed in a cylindrical oil pan which coaxially surrounds the coil. The oil pan 2, made of an insulating material, with low H.F. losses, is arranged so that its axis is vertical; it is closely surrounded by a metal strip 5, bent in the form of a cylindrical sheath which constitutes the secondary coil (coupling coil).
Tray 3 comprises, at its upper part, a flange 7 on which an insulating cover 8 is screwed.
The ends 9 and 10 of the coil 1 exit vertically, and in an oil-tight manner, through the cover 8. Inside the coil 1 is arranged coaxially a core 11, in the form of a rod, consisting of HF low loss ferromagnetic material, preferably a mixed cubic crystal material of iron oxide and other ferrite metal oxides). The core is carried by three insulating ties 13 (for clarity of the drawing, one of these ties has been omitted); each of these sleepers is formed by two parts, provided with cavities, between which is clamped the coil 1. The sleepers 13 are partially embedded in the vertical grooves 15 of the core 11. The core is perforated axially and the supply conductor of the the lower end of the coil 1 passes through this opening.
The supply conductors 9 and 10 are connected to a cooling circuit (not shown in the drawing), so that cooling water can be supplied to the coil 1. Likewise, the coupling coil 5 can be supplied. cooled by refrigerating copper tubes 17, welded therein. At the ends 19 and 21 of the coupling coil 5 are fixed heavy terminals 23 and 25, which serve for the connection of a heating coil (active coil) of usual construction, which is not shown in the drawing.
The primary coil 1 acts as a self-induction coil in the oscillating circuit of an HF heating generator, with a power of a few kilowatts, which, for the rest, may be of usual construction and which is not shown. on the drawing. To transmit all the HF energy to the active coil and to the object to be heated placed in the field of this coil, it is necessary, in certain cases, to ensure a very tight coupling between the primary coil and the secondary coil 5. This result is obtained by inserting the core 9 into the coil 1. To evacuate the heat developed in this core, the tank 3 is filled with oil and this is cooled by the water which passes through the tube 1.
Between the tube 1 and the core 11, there is no exception made of the cross members 13 which cover only a small part of the surface of the core - parts which hinder the flow of oil from the core to the coil and vice versa , so that very vigorous cooling of the core is obtained. The tank 3 can be constituted by a glass tube to which is cemented a flange 7 and by a bottom 27 fixed in the same way.
The particularly advantageous crossing with regard to the oil tightness of the two current and cooling water conductors 9 and 10 by the cover 8, is carried out in a practical manner by bringing the supply conductor 10 towards the part. bottom of coil 1 through an or-
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axial verture formed in the core 11. However, in the absence of other arrangements, as a result of the ferromagnetic material of the core 11 which surrounds it, this line would acquire a fairly large self-induction and this self-induction would act as dispersion induction and therefore reduce the coupling between the primary coil and the secondary coil. As a result, the very tight coupling required between the primary coil and the secondary coil would not be achieved.
This is the reason why the core 11 comprises a radial kerf 29 which constitutes an interruption of the magnetic circuit around the conductor 10.
The fact that the conductor 10 passes through an opening in the core II offers a double advantage, the oil pan can easily be sealed and, moreover, the coupling coil 5 is easily replaced. For this purpose, the coupling coil is arranged outside the oil pan 3. The interchangeability of the coupling coil is important for processing parts of different formats; the use of a coupling coil shorter than that shown in the drawing, makes it possible, for certain parts, to better adapt the impedance of the coupling coil to that of the active coil.
Figs. 2 and 3 show an embodiment of the invention with a movable primary coil. Fig. 3 is a half-view and a half-section along the plane III-III of FIG. 2.
The coil system shown in figs. 2 and 3 is carried by a horizontal insulating carrier plate 31 which forms the cover of a tank filled with oil 33 (see FIG. 3). The primary coil 35 and the secondary coil (coupling coil 37) are fixed to the lower part of the plate 31 and are located in the oil pan 33; the device for adjusting the coil system is located essentially above the carrier plate 31. The primary coil 35 forms, together with a capacitor, 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 31.
All these members can be of usual construction and this is the reason why they are not shown in the drawing.
The primary coil 35 is a copper tube, for example 6mm thick, which is wound in the form of a helix and which is carried by three insulating rods 39, 41 and 43, for example in Lyon paper, which are applied against the inside face of the coil. The ends of these rods are fixed, for example by means of wedges, in two insulating end plates 45 and 47. Between the rods 39, 41 and 43, there is an essentially cylindrical ferromagnetic core 49, of conductive cubic ferrite. electricity and low loss (mixed crystals of iron oxide and other metal oxides).
The core 49 has three long axial grooves in which the rods 39, 41 and 43 are partially housed; the diameter of this core is only a few millimeters less than the internal diameter of the propeller 35.
The assembly of the propeller 35, the core 49, the supporting rods 39, 41 and 43, and the supporting plates 45 and 47 can slide on a guide rod 51 made of an electrically non-conductive material, for example in Lyon paper, of non-circular section, for example rectangular; this rod passes roughly coaxially through the end plates 45 and 47, and the core 49. For this purpose, the end plates 45 and 47 have appropriate openings, while the core 49 is pierced with a large axial opening which also passes through one of the supply conductors (53) of the coil 35.
The coupling coil 37 is essentially constituted by a curved copper strip which coaxially surrounds the coil 35 with a play of only a few millimeters and which is carried by two trapezoidal flat insulators 55 and 57. The width of the strip - therefore the axial length of
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coupling coil - is approximately equal to the length of coil 35; core 49 is about 20% longer. The strip therefore forms, in addition to the coupling coil 37, the double connection line of this coil; the two ends 59 and 61 (see Fig. 3) of the strip are parallel and separated by only a few millimeters; they exit obliquely towards the top of the oil pan 33 and end with heavy terminals 63 and 65.
These are screwed isolated together with the end edges 59 and 61 of the strip, on a bracket welded to the tank 33.
The propeller 35 is traversed by water which is supplied by the pipes 69 and 71 and which serves to cool the coil as well as the oil surrounding this coil; in turn, this oil cools the core 49. The heat developed in these organs can thus be easily removed; in order to cool the coupling coil 37, a few tubes 73 and 75 have been welded onto the copper strip 37, 59, 61 which are optionally connected in series with the coil 35, on the cooling water pipe.
The coupling between the primary coil 35 and the secondary coil 37 is adjusted using a flywheel 77, a roller 79 fixed on the axis of the flywheel, and two metal bands 81 and 83, which can be s' wrap on this pebble; this device makes it possible to axially move the primary coil.
For this purpose, the tape is fixed by one end on the roller 79, and also passes over a roller 87 which can rotate in an opening 85 made in the plate 31, passes through the opening 85 and runs along the lower side of the plate. towards the end plate 45; similarly, the tape 83 passes over a roller 89 through an opening 91 and through cavities (not visible in the drawing), formed in the supports 55 and 57, also towards the end plate 45. The two tapes are some. little tension, and, during the operation of the flywheel 77, one of the ribbons unwinds from the roller 79 while the other tape is wound up therein.
If the power supply and cooling water supply line 53 is disposed within the core 49, the length of the coil system is as small as possible. Indeed, in another case, the pipe would have to protrude from the end plate by a length equal to the displacement distance of the coil 35.
In order to avoid that, as a result of the ferromagnetic material of the core 49 which surrounds it, the supply conductor 51 has a sufficiently large self-induction, - which acts as dispersion induction and which is therefore harmful - we have made provision in the core 49 a radial kerf 93 which forms an interruption of the magnetic circuit surrounding the conductor 51.