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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.