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(11) | EP 0 497 681 B1 |
| (12) | FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) |
Transformateur avec un tore fendu, et procédé de fabrication d'un tel transformateur Transformator mit gespaltener Ringkern und sein Herstellungsverfahren Transformer with a split torus and method of making such a transformer |
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| Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] La présente invention se rapporte à un transformateur, notamment de transformateur de mesure, par exemple pour la détection de défauts sur des câbles électriques, comprenant un circuit magnétique feuilleté en forme de tore constitué par une pluralité de tronçons superposés de ruban de tôle. L'invention se rapporte par ailleurs à un procédé de fabrication d'un tel transformateur.
[0002] Pour la détection de défauts sur des câbles électriques, on utilise des transformateurs dits à passage circulaire. Un tel transformateur comprend un circuit magnétique feuilleté en forme de tore dont le passage circulaire est traversé par un câble constituant le primaire du transformateur, le secondaire étant formé par un bobinage entourant le circuit magnétique.
[0003] A l'heure actuelle, les tores de tels transformateurs sont, soit des tores fermés, soit des tores ouvrants, ces derniers pouvant être du type divisé ou du type fendu.
[0004] Les tores fermés présentent l'inconvénient principal que les câbles sur lesquels doit s'effectuer la détection de défauts doivent être déconnectés pour permettre la mise en place des tores autour des câbles.
[0005] Les tores divisés comprennent deux moitiés de tore rigides réalisées par enroulement en spirale à spires jointives d'un ruban de tôle, par imprégnation de cet enroulement à l'aide de vernis, par séchage du vernis, ce qui rend l'enroulement rigide, et par coupe de l'enroulement en deux moitiés et rectification des tranches de coupe. Les deux moitiés d'enroulement rigides sont ensuite surmoulées à l'aide de matière plastique et sont assemblées par exemple par un collier de serrage.
[0006] Ces tores divisés sont d'un prix de revient élevé et permettent de réaliser des transformateurs d'une précision qui est bien supérieure à celle exigée par exemple pour des transformateurs de mesure pour détection de défauts sur des câbles.
[0007] Les tores fendus comprennent un circuit magnétique feuilleté constitué par une pluralité de tronçons plats superposés de ruban de tôle. Pour amener ces tronçons de ruban de tôle sous la forme d'un tore, il est nécessaire de déformer élastiquement le paquet de tronçons de ruban en cylindre autour d'un câble, et de bloquer ensuite le paquet de tronçons de ruban sous cette forme, par exemple en faisant chevaucher ses extrémités et en les immobilisant à l'aide d'une pince.
[0009] D'une part, la conformation en cylindre des tronçons de ruban initialement plats implique un degré de déformation élevé, ce qui, dans le cas de tôles à cristaux orientés, entraîne des risques de déstabilisation. De plus, cette conformation en cylindre par déformation élastique implique, à la pose du corps autour d'un câble, des efforts importants pour faire chevaucher les deux extrémités des tronçons de ruban, la pince devant ensuite être bloquée sur les deux extrémités, les rubans étant toujours sous tension. La pose d'un tel tore présente donc des difficultés considérables, notamment lorsque la pose doit être faite en des endroits d'accès difficile. De plus, le risque de blessures par les tronçons de tôle élastique n'est pas négligeable.
[0010] La présente invention a pour objet un transformateur dont le tore est à la fois d'un coût réduit et d'une pose simple, n'impliquant que des efforts faibles de la part du personnel chargé de la pose, réduisant les risques de blessures du personnel et supprimant les risque de déstabilisation en cas d'utilisation de tôle à grains orientés.
[0011] L'invention a également pour objet un procédé simple pour la fabrication de tels transformateurs.
[0012] Tel que revendiqué, le tore de transformateur conforme à l'invention, notamment de transformateur de mesure, par exemple pour la détection de défauts sur des câbles électriques, comprend un circuit magnétique feuilleté constitué par une pluralité de tronçons superposés de ruban de tôle, notamment de tôle à grains orientés. Les tronçons de ruban de tôle ont une forme générale permanente en cylindre fendu dans lequel ils sont disposés concentriquement avec, de chaque côté, leurs extrémités situées sensiblement dans un même plan, et sont assemblés dans cette position ouverte, en au moins un endroit de leur surface éloigné d'au moins l'une de leurs extrémités, de manière que les différents tronçons de tôle soient libres les uns par rapport aux autres entre ledit endroit d'assemblage et ladite extrémité. Le transformateur comporte également un bobinage enfilé sur l'une des branches du circuit magnétique fendu.
[0013] Ainsi, la pose du tore conforme à l'invention autour d'un câble implique une première déformation élastique, d'amplitude réduite, du tore de forme cylindrique dans un sens en vue de l'écartement des extrémités des tronçons de ruban de tôle, pour permettre l'engagement du tore autour du câble, suivie d'une deuxième déformation élastique d'amplitude réduite du tore dans le sens contraire en vue du chevauchement des extrémités des tronçons de ruban, pour permettre le blocage des deux extrémités l'une par rapport à l'autre, par exemple à l'aide d'une pince. Chacune de ces deux déformations d'amplitude réduite n'exige qu'un faible effort, n'entraîne pratiquement aucun risque de blessure, et ne peut pas provoquer de déstabilisation en cas d'utilisation de tôle à grains orientés.
[0014] Bien entendu, le degré de déformation que les tronçons de ruban de tôle subissent lors de la pose est d'autant plus faible que la ou les partie(s) élastiquement déformable(s) du tore, c'est-à-dire la ou les partie(s) située(s) entre le ou les point(s) d'assemblage des tronçons de ruban de tôle et l'extrémité de ces tronçons est plus longue.
[0015] En principe, il suffit que les tronçons de ruban de tôle du tore soient assemblés en un endroit de la surface, auquel cas cet endroit d'assemblage peut de préférence se trouver en position diamètralement opposée par rapport aux deux extrémités des tronçons de tôle. Ainsi, les tronçons de ruban sont libres les uns par rapport aux autres entre l'endroit d'assemblage et chacune des extrémités, ce qui donne au tore deux branches souples de 180° chacune.
[0016] Cependant, notamment dans le cas de tores de diamètre relativement important, il est également possible, dans le cadre de l'invention, d'assembler les tronçons de ruban de tôle en plus d'un endroit, par exemple en deux endroits de la surface, lesdits endroits étant de préférence éloignés au maximum des extrémités des tronçons de ruban de tôle afin d'obtenir des branches souples de longueur maximale.
[0017] Il est également possible, dans le cadre de l'invention, de faire en sorte que le ou les endroit(s) d'assemblage des tronçons de ruban de tôle ne soi(en)t pas disposé(s) symétriquement par rapport aux extrémités. Il suffit en effet en principe, pour la pose du tore, que ce dernier présente une seule branche souple de longueur suffisante. Cependant, l'assemblage qui provoque une rigidification des tronçons de ruban de tôle doit de préférence être effectué en un endroit éloigné de l'emplacement de blocage ultérieur des extrémités du tore.
[0018] Suivant un mode de réalisation préféré du point de vue fabrication, les tronçons de ruban de tôle sont assemblés par soudure.
[0019] De préférence, les tronçons de ruban de tôle sont assemblés par au moins une paire de soudures opposées prévues sur les deux tranches du tore.
[0020] Pour la fabrication d'un transformateur suivant l'invention, on enroule un ruban de tôle en spirale avec une pluralité de spires jointives sur un support, par exemple un mandrin cylindrique.Ensuite, on assemble les spires entre elles en au moins un premier endroit de la surface de l'enroulement. On soumet ensuite le ruban à l'état enroulé à un traitement thermique de recuit pour le stabiliser à l'état enroulé. Enfin, on coupe l'enroulement en un deuxième endroit éloigné de l'endroit d'assemblage, de façon à former un circuit magnétique fendu ayant une forme générale permanente en cylindre fendu avec, de chaque côté, les extrémités des différents tronçons, situées sensiblement dans un même plan, les différents tronçons étant libres les uns par rapport aux autres entre les premier et deuxième endroits. On enfile alors le bobinage sur l'une des branches du circuit magnétique obtenu.
[0021] En se référant au dessin schématique annexé, on va décrire ciaprès plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif d'un tore de transformateur conforme à l'invention; sur les dessins :
la figure 1 est une vue de côté d'un tore de transformateur conforme à l'invention;
la figure 2 est une vue de côté du tore de la figure 1 après mise en place du secondaire sur le tore et après fermeture du tore autour d'un câble;
la figure 3 est une coupe partielle à plus grande échelle suivant III-III de la figure 2.
[0022] Tel qu'illustré sur la figure 1, un tore 1 destiné à constituer le circuit magnétique d'un transformateur de mesure, par exemple pour la détection de défauts sur câbles électriques, est constitué par une pluralité de tronçons 2 de ruban de tôle conformés en cylindre fendu. Les tronçons 2 de ruban de tôle sont disposés concentriquement de manière que leurs extrémités 3 se trouvent sensiblement dans un même plan radial. Les différents tronçons 2 du tore 1 sont maintenus dans cette position par deux soudures 4 réalisées sur les deux tranches opposées du tore 1, dans une position diamètralement opposée aux extrémités 3 des tronçons 2.
[0023] Les tronçons de tôle 2 sont libres les uns par rapport aux autres dans les deux branches 5 s'étendant des soudures 4 aux extrémités 3, c'est-à-dire sur à peu près 180° chacune. Par conséquent, chacune de ces deux branches 5 est élastiquement déformable à la fois dans le sens d'une ouverture et d'une fermeture du tore 1.
[0024] La figure 2 montre la mise en oeuvre du tore 1 en tant que circuit magnétique d'un transformateur de mesure, par exemple pour la détection de défauts sur un câble électrique 6. A cet effet, le tore 1 est équipé d'un bobinage secondaire 7 enfilé sur l'une des branches 5. Le tore 1 ainsi équipé est placé autour du câble 6, ce qui peut être réalisé d'une manière simple par écartement des extrémités 3 des branches 5, grâce à la souplesse de ces branches. Ensuite, le tore 1 est resserré autour du câble 6, jusqu'à chevauchement de ses extrémités 3, ce qui est également possible aisément grâce à la souplesse des branches 5. Enfin, le tore 1 est bloqué en position fermée à l'aide d'une pince 8 engagée sur les extrémités 3 en position de chevauchement.
[0025] Tel que cela apparaît surtout sur la figure 3, la pince 8 comprend une pièce 9 massive en forme de fourche en U et une vis de blocage 10 permettant le serrage des tôles 2 des deux branches 5 à l'endroit de leurs extrémités 3 en chevauchement. Dans l'exemple représenté, la vis 10 est une vis à six pans creux qui, après serrage, peut être bloquée à l'aide d'un contre-écrou 11.
[0026] Le tore 1 conforme à l'invention est remarquable par la forme cylindrique permanente de ses tronçons de tôle 2 concentriques, lesquels sont libres les uns par rapport aux autres sur la longueur des branches 5 s'étendant depuis le point d'assemblage 4 des tôles 2 jusqu'aux extrémités 3. Il en résulte une grande souplesse des branches 5, ce qui, en combinaison avec la forme permanente en cylindre ouvert des tôles 2, n'implique qu'une déformation élastique réduite des tôles 2 aussi bien lors de l'ouverture du tore 1 en vue de sa mise en place sur le câble 6 que lors de son resserrage en vue de chevauchement de ses extrémités 3, pour le blocage du tore 1 en position fermée autour du câble 6.
[0027] Pour la fabrication du tore 2 conforme à l'invention, on enroule un ruban de tôle, par exemple de tôle à grains orientés, en spirale avec une pluralité de spires jointives sur un support, par exemple un mandrin cylindrique. Ensuite après avoir provisoirement fixé le ruban à l'état enroulé dans cette position par exemple par des points de soudure on assemble les différentes spires du ruban entre elles en au moins un point de la circonférence, par exemple par les deux soudures opposées 4 sur les tranches de l'enroulement. On soumet ensuite le ruban enroulé à un traitement thermique de recuit, pour stabiliser le ruban de tôle à l'état enroulé, c'est-à-dire pour lui conférer de façon permanente cette forme. Enfin, on coupe l'enroulement de ruban dans un plan axial, par exemple par sciage, en un endroit éloigné du point d'assemblage, par exemple en un endroit diamètralement opposé aux soudures 4. L'enroulement de tôle assemblé et fendu ainsi obtenu constitue le tore fendu 1 selon la figure 1.
[0028] Il y a lieu de noter que le mode de réalisation décrit ci-dessus et illustré par les dessins annexés n'a été donné qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif et que de nombreuses modifications et variantes sont possibles dans le cadre de l'invention.
[0029] Ainsi, les tronçons de tôle 2 du tore 1 peuvent être assemblés par exemple par les soudures 4 dans des positions autres que des positions diamètralement opposées aux extrémités 3. Dans ce cas, les deux branches allant du point d'assemblage aux extrémités libres 3 des tronçons de tôle 2 peuvent être de longueurs différentes. Il est également possible, notamment dans le cas de tores de grand diamètre, d'assembler les tronçons de tôle 2 en plusieurs points répartis sur la circonférence.
1. Transformateur, comprenant un circuit magnétique feuilleté constitué par une pluralité
de tronçons superposés de ruban de tôle (2) ayant une forme générale permanente en
cylindre fendu dans lequel les tronçons de tôle sont disposés concentriquement avec,
de chaque côté, leurs extrémités (3) situées sensiblement dans un même plan, et sont
assemblés dans cette position ouverte en au moins un endroit (4) de leur surface éloigné
d'au moins l'une de leurs extrémités (3), de manière que les différents tronçons (2)
soient libres les uns par rapport aux autres entre ledit endroit d'assemblage (4)
et ladite extrémité (3), ainsi qu'un bobinage (7) enfilé sur l'une des branches (5)
du circuit magnétique fendu.
2. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les tronçons
de tôle (2) sont des tronçons de tôle à grains orientés.
3. Transformateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les tronçons
de tôle (2) sont assemblés par soudure.
4. Transformateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les tronçons
de tôle (2) sont assemblés par au moins une paire de soudures opposées (4).
5. Transformateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait
que ledit endroit d'assemblage (4) des tronçons de tôle est sensiblement diamétralement
opposé à leurs extrémités (3).
6. Transformateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait
qu'il comprend des moyens (8) de blocage des tronçons de tôle en position fermée,
permettant de bloquer l'une par rapport à l'autre les extrémités (3) des tronçons
de tôle de manière à obtenir un circuit magnétique fermé.
7. Transformateur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de
blocage comportent une pince (8) engagée sur les extrémités (3) des tronçons de tôle
(2) en position de chevauchement, de manière à bloquer le circuit magnétique en position
fermée.
8. Utilisation du transformateur selon l'une des revendications 1 à 7, pour la détection
de défauts sur un câble électrique (6), dans laquelle on écarte les extrémités (3)
des branches (5) du circuit magnétique conformé en cylindre ouvert et équipé du bobinage(7),
de manière à l'engager autour du câble (6), puis on resserre le circuit magnétique
autour du câble (6) jusqu'à chevauchement de ses extrémités (3), et on bloque le circuit
magnétique dans cette position fermée à l'aide d'un moyen de blocage (8).
9. Procédé de fabrication d'un transformateur, comportant une étape de formation d'un
circuit magnétique feuilleté constitué par une pluralité de tronçons superposés de
ruban de tôle (2) dans laquelle on enroule un ruban de tôle en spirale avec une pluralité
de spires jointives, on assemble les spires entre elles en au moins un premier endroit
(4) de la surface de l'enroulement, on soumet ledit ruban à l'état enroulé à un traitement
thermique de recuit pour le stabiliser à l'état enroulé, et on coupe l'enroulement
en un deuxième endroit (3) éloigné dudit endroit d'assemblage, de façon à former un
circuit magnétique fendu ayant une forme générale permanente en cylindre fendu avec,
de chaque côté, les extrémités (3) des différents tronçons (2) situées sensiblement
dans un même plan, les différents tronçons étant libres les uns par rapport aux autres
entre le premier endroit et le deuxième endroit, et une étape de mise en place d'un
bobinage (7) dans laquelle on enfile le bobinage (7) sur l'une des branches (5) du
circuit magnétique fendu obtenu.
1. Transformator mit einem laminierten magnetischen Schließungskreis, der aus einer Anzahl
übereinander gelegter Blechabschnitte (2) besteht, die die dauerhafte allgemeine Gestalt
eines geschlitzten Zylinders aufweisen, in dem die Blechabschnitte konzentrisch mit
auf jeder Seite im Wesentlichen in jeweils einer gleichen Ebene liegenden Enden (3)
angeordnet und in dieser offenen Stellung an wenigstens einer, von zumindest einem
ihrer Enden (3) entfernten Stelle (4) ihrer Oberfläche miteinander verbunden sind,
derart, dass die einzelnen Abschnitte (2) zwischen dieser Verbindungsstelle (4) und
dem genannten Ende (3) frei voneinander sind, und mit einer auf einen der Schenkel
(5) des geschlitzten magnetischen Schließungskreises aufgebrachten Wicklung (7).
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechabschnitte (2)
Abschnitte eines Bleches mit Kornorientierung sind.
3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechabschnitte
(2) durch Verschweißen miteinander verbunden sind.
4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechabschnitte (2)
durch wenigstens zwei einander gegenüberliegende Schweißstellen (4) miteinander verbunden
sind.
5. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungsstelle (4) der Blechabschnitte im Wesentlichen diametral gegenüber
deren Enden (3) liegt.
6. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
er Mittel (8) zum Verklemmen der Blechabschnitte in der geschlossenen Stellung aufweist,
die es gestatten, die Enden (3) der Blechabschnitte derart miteinander zu verklemmen,
dass sich ein geschlossener magnetischer Schließungskreis ergibt.
7. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmmittel eine Klemme
(8) aufweisen, die auf die, eine einander übergreifende Stellung einnehmenden Enden
(3) der Blechabschnitte (2) derart aufgesetzt ist, dass der magnetische Schliessungskreis
in der geschlossene Stellung verklemmt ist.
8. Verwendung des Transformators nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Fehlererkennung
an einem elektrischen Kabel (6), bei der man die Enden (3) der Schenkel (5) des in
Gestalt eines offenen Zylinders geformten und mit der Wicklung (7) versehenen elektrischen
Schließungskreises voneinander abspreizt, um ihn um das Kabel (6) herum zu legen,
sodann den magnetischen Schließungksreis um das Kabel (6) soweit verengt, bis seine
beiden Enden (3) übereinander liegen und schließlich den magnetischen Schließungskreis
in dieser geschlossenen Stellung mit Hilfe von Klemmmitteln (8) verklemmt.
9. Verfahren zur Herstellung eines Transformators, das den Schritt zur Ausbildung eines
aus einer Anzahl übereinander gelegter Blechbandabschnitte (2) bestehenden, laminierten
elektromagnetischen Schließungskreises beinhaltet, bei dem man ein Blechband mit einer
Anzahl aneinander anliegender Windungen spiralförmig aufwickelt, die Windungen an
wenigstens einer ersten Stelle (4) der Oberfläche des Wickels miteinander verbindet,
das Band im aufgewickelten Zustand einer thermischen Glühbehandlung unterwirft, um
es in dem aufgewickelten Zustand zu stabilisieren und man den Wickel an einer von
der Verbindungsstelle entfernten zweiten Stelle aufschneidet, derart, dass ein geschlitzter
magnetischer Schließungskreis ausgebildet wird, der die dauerhafte allgemeine Gestalt
eines geschlitzten Zylinders aufweist, bei dem die Enden (3) der einzelnen Abschnitte
(2) auf jeder Seite jeweils im wesentlichen in einer gleichen Ebene liegen, wobei
die einzelnen Abschnitte zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle im Wesentlichen
frei voneinander sind, und das einen Schritt zum Aufbringen einer Wicklung (7) aufweist,
bei dem man die Wicklung auf einen der Schenkel (2) des erhaltenen, geschlitzten,
magnetischen Schließungskreises aufbringt.
1. Transformer, comprising a laminated magnetic circuit consisting of a number of superposed
lengths of sheet-metal strip (2) having a permanent general shape in the form of a
split cylinder in which the lengths of sheet metal are arranged concentrically, with,
on each side, their ends (3) lying substantially in the same plane, and are joined
together in this open position at at least one point (4) on their surface remote from
at least one of their ends (3), so that the various lengths (2) are free with respect
to each other between the said joining point (4) and the said end (3), as well as
a coil (7) slipped onto one of the branches (5) of the split magnetic circuit.
2. Transformer according to Claim 1, characterized in that the lengths of sheet metal
(2) are lengths of sheet metal having oriented grains.
3. Transformer according to Claim 1 or 2, characterized in that the lengths of sheet
metal (2) are joined together by welding.
4. Transformer according to Claim 3, characterized in that the lengths of sheet metal
(2) are joined together by at least one pair of opposed welds (4).
5. Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the said
point (4) where the lengths of sheet metal are joined together is approximately diametrically
opposite their ends (3).
6. Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises
means (8) for locking the lengths of sheet metal in the closed position, enabling
one of the ends (3) of the lengths of sheet metal to be locked with respect to the
other end so as to obtain a closed magnetic circuit.
7. Transformer according to Claim 6, characterized in that the locking means include
a clamp (8) engaged on the ends (3) of the lengths of sheet metal (2) in the overlap
position, so as to lock the magnetic circuit in the closed position.
8. Use of the transformer according to one of Claims 1 to 7, for detecting faults in
a power cable (6), in which the ends (3) of the branches (5) of the magnetic circuit
shaped into an open cylinder and equipped with the coil (7) are moved apart so as
to engage it around the cable (6), the magnetic circuit is then closed up around the
cable (6) until its ends (3) overlap and the magnetic circuit is locked in this closed
position using a locking means (8).
9. Method of making a transformer, which includes a step of forming a laminated magnetic
circuit consisting of a number of superposed lengths of sheet-metal strip (2) in which
a strip of sheet metal is wound into a spiral with a number of touching turns, the
turns are joined together at at least a first point (4) on the surface of the winding,
the said strip is subjected, in the wound state, to an annealing heat treatment in
order to stabilize it in the wound state, and the winding is cut at a second point
(3) remote from the said joining point so as to form a split magnetic circuit having
a permanent general shape in the form of a split cylinder with, on each side, the
ends (3) of the various lengths (2) lying substantially in the same plane, the various
lengths being free with respect to each other between the first point and the second
point, and a step of putting a coil (7) in place, in which step the coil (7) is slipped
onto one of the branches (5) of the split magnetic circuit obtained.