Brevet FR2004285A1 — publié le 19691121

La présente invention concerne d'une manière générale un condensateur variable, et en particulier un condensateur variable dans le vide, hermétiquement scellé, actionné par ••un moteur électrique. Il existe fondamentalement deux arrangements pour provoquer la translation 5 axiale de l'électrode mobile dans un condensateur variable dans le vide actionné par un moteur électrique. Dans l'un de ces arrangements, le moteur à renversement de marche et le mécanisme de translation pour l'électrode mobile sont disposés à l'extérieur de la chambre à vide poussé dans laquelle les électrodes fixes et mobiles du condensateur sont disposées. Dans cet arrangement, il 10 est prévu un soufflet qui remplit à la fois le rôle d'une paroi dilatable du compartiment à vide poussé contenant les électrodes et de joint hermétique isolant le mécanisme de translation et le moteur de l'intérieur du compartiment. Bien que cet arrangement permette l'utilisation de lubrifiants et de joints % organiques classiques pour le moteur et le mécanisme de translation, il a l'in-15 convénient de présenter une différence de pression substantielle sur le soufflet, c'est-à-dire que l'extérieur du soufflet subit la pression atmosphérique _5 tandis qu'a l'intérieur dudit soufflet règne un vide poussé de l'ordre de 10 -•8 à 10" degrés Torr. Par suite de cette différence de pression élevée, des contraintes importantes sont imposées au soufflet ce qui limite la durée de vie 20 du condensateur. De plus, cette différence de pression impose un couple élevé au moteur ce qui augmente ainsi le coût et la dimension de l'ensemble. Dans le second arrangement de condensateur variable actionné par un moteur électrique, le moteur et le méoanisme de translation sont montés tous les deux à l'intérieur du boitier à vide poussé du condensateur ce qui élimine les pro— 25 blêmes résultant de la différence de pression tels qu'ils, ont été exposés ci-dessus, Cependant, cet arrangement a pour inconvénient que le moteur et le mécanisme de translation étant placés dans le boitier sous vide du condensateur, ils sont soumis aux températures d'étuvage utilisées au cours de la fabrication pour dégazer les parties métalliques situées à l'intérieur du boitier, 30 températures qui peuvent varier entre 454 et 538°C (850 et 1000°F). Du fait que les vernis, les matériaux isolants et les lubrifiants organiques classiques utilisés dans les moteurs électriques s'évaporent à ces températures et sont ainsi susceptibles de contaminer les électrodes du condensateur; il est nécessaire d'utiliser dans cette forme de condensateur des moteurs passable-35 ment coûteux qui utilisent des matériaux isolants et des lubrifiants non organiques spéciaux. De même cet arrangement nécessite l'utilisation de paliers auto-lubrifiants exempts de graisse et d'huile pour l'arbre du moteur et le mécanisme de translation, ce qui fait que les parties placées dans le boitier sous vide risquent d'être soumises à un frottement excessif provoqué par le 40 grippage. Ainsi, il est souhaitable, et ceci constitue l'objet de l'invention, 6907697 2004285 de prévoir vin condensateur variable dama le vide actionné par un moteur êlec- 3 trique qui met en oeuvre les avantages des deux types de condensateurs mentiess» nés ci-dessus tout en évitant dans une large mesure leurs inconvénient». Suivant l'une des caractéristiques de l'invention, il est prévu un ccndea-5 sateur variable dans le vide actionné par un moteur électrique dont le boitiez - : hermétiquement scellé est divisé en deux compartiments séparés par un moyea &® t scellement dilatable se présentant de préférence sous la forme d'un soufflet métallique. Les électrodes fixes et mobiles du condensateur sont placées dans * l'.un des compartiments tandis que le moteur et le mécanisme de translation de" 10 l'électrode mobile sont placés dans le second compartiment. Comme dans le g©£_. des condensateurs classiques, le soufflet est hermétiquement scellé à 11él©o« 1 : " ; * s trode mobile de maniéré à lui permettre d'être entrainée dans un mouvement oxiSL par le mécanisme de translation. Le compartiment qui abrite les électrodes ' condensateur est soumis à un vide poussé tandis que l'autre compartiment qui 15 contient le moteur et le mécanisme de translation est soumis à un degré faible de vide, c1 est-à-dire un vide intermédiaire entre le vide poussé qui ■ÉÈS&JZP?4 gne dans le compartiment contenant les électrodes et la pression atmosphérique*^; L '* Grâce à cet arrangement, la différence de pression dans le.soufflet qui sépaÉESp.* les deux compartiments est sensiblement .réduite,ce qui réduit les impératif8 20 de couple du moteur et allège les contraintes normalement imposées au souffljp^*--1 p? dans l'arrangement de condensateur classique où le moteur et le mécanisme de=Ë§r-translation sont placés a l'extérieur du boitier à vide poussé du condensatsllgp De plus, du fait que le vide est fait dans le compartiment abritant le raoteuatg?"" -et le mécanisme de translation à un degré relativement faible, un moteur clashs - ^ 25 sique utilisant des joints et des lubrifiants organiques peut être utilisé le condensateur prévu selon la présente invention. De même on peut utiliser jfiife?-lubrifiants organiques pour les paliers qui supportent l'arbre du moteur et ij&F"' mécanisme de translation, I Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaitront plwjf. > 30 clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation,^'- "- f ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans • - " : lesquels : S La figure unique représente une vue en coupe transversale longitudinale " une forme préférée de condensateur conçu selon les principes de la présente 35 invention. Si l'on se réfère à la figure, on voit que le condensateur variable dans le vide 10 actionné par moteur électrique conçu selon les principes de l'invention se compose d'un boitier hermétiquement scellé fait de deux compartiments -'l séparés 12 et 14. Le compartiment 12 se compose d'un tube isolant 16 fait de » 40 préférence de céramique qui est fermé à son extrémité inférieure par une plaqué" BAD ORIGINAL' 6407697 20Ô4285 UN circulaire métallique 18. La plaque 18 est percée d'une ouverture centrale 20 destinée à recevoir une tubulure métallique 22 qui sert de soupape pour faire le vide dans le compartiment 12. Après qu'on a fait le vide dans le compartiment 12, la tubulure 22 est pincée ainsi qu'il est montré et protégée par une 5 coiffe 24 brasée à la paroi 18. Un flasque cylindrique 26 se prolongeant intérieurement dans le compartiment 12 et.comportant à son extrémité intérieure un flasque relativement plus mince 28 s'étendant radialement est soudé,d'une part, par brasage à la surface d'.extrémité métallisée adjacente de la section 16 du boitier en céramique et 10 d'autre part, est fixé hermétiquement par soudure à l'arc sous atmosphère d'hé-liun, à une portion périphérique extérieure de la paroi 18, Comme le montre la figure, le flasque cylindrique 28 est d'un diamètre légèrement plus réduit que la section tubulaire en céramique 16 et rencontre le flasque 26, sensiblement à angle droit. 15 Pour compenser les différences de dilatation et de contraction thermiques entre la section en oéramique 16 et le flasque métallique 26, le flasque comporte une portion amincie 30 adjacente au flasque s'étendant radialement 28, formée en ménageant une surface effilée 32 sur l'intérieur du flasque 26. Ainsi du fait que le flasque métallique 26 se dilate et se contracte plus que la 20 section en céramique 16, la portion amincie 30 du flasque compense par courbure les efforts de cisaillement qui, autrement, s'exerceraient directement sur. le joint hermétique. L'épaisseur du flasque 26 est choisie poux permettre à 1' élément en céramique de dominer cette portion de la structôre. Cette domination du flasque 26 par la céramique est facilitée en soudant une bague d'appui 25 34 à la surface du flasque 28 opposée à la section de céramique 16.. Une série de plaques de condensateur comprenant plusieurs plaques métalliques cylindriques minces 38 disposées concentriquement sont brasées à la surface intérieure 36 de la plaque circulaire 18. L'extrémité de chaque plaqua 38 adjacente à la plaque 18 comporte un flasque rentrant s'étendant radialement 30 qui a pour fonction de souder rigidement les plaques adjacentes les unes aux autres et à la plaque 18. L'extrémité opppsée ou supérieure de la section en céramique 16 est fermée par une coiffe d'extrémité 40 et que pour la commodité de la description, on appellera la coiffe d'extrémité mobile du compartiment 12. Cet ensemble comporte un flasque métallique cylindrique 42 s1étendant 35 radialement, qui se prolonge dans la section en céramique 16 et qui comporte un flasque 44 s'étendant radialement à son extrémité intérieure qui est hermétiquement soudée à la surface d'extrémité métallisée adjacente de la section de boitier en céramique 16, Le flasque 42 a une forme semblable à celle du flasque 26 pour compenser la dilatation et la contraction thermiques suivant 40 le mode exposé ci-dessus. Une bague d'appui en céramique 46 sert à renforcer 6907697 4 20Ô4285 la, liaison entre le flasque 44 et la section en céramique 16. Une plaque tabulaire d'extrémité 48 comporte un flasque cylindrique vertical 50 qui est hermétiquement soudé, par exemple par brasage, à la surface supérieure, intérieure du flasque 42. La plaque tubulaire 48 est renforcée par une bague annulaire 52 5 qui est soudée à sa surface supérieure. La plaque tubulaire 48 et la bague 52-supportent plusieurs prolongements verticaux 54 filetés intérieurement. Une plaque de fixation 56 percée d'une ouverture centrale est fixée aux prolongements 54 Par des éléments de fixation 58. Un joint dilatable, se présentant de préférence sous la forme d'un souf» -10 flet mécanique 60, est prévu pour séparer les deux compartiments 12 et 14 du boitier du condensateur. Le soufflet est monté concentriquement à l'intérieur du compartiment de boitier 12 et il est soudé à l'arc sous atmosphère d'hélium, par son extrémité intérieure ou inférieure, à une plaque métallique 62 supportant les électrodes mobiles. Une série de plaques mobiles 64, de mÔSe forme gé-15 nérale que les plaques fixes 38 entre lesquelles elles sont intercalles, ainsi que le montre la figure, est brasée à la surface inférieure de la plaque 62.L' extrémité supérieure du soufflet 60 est soudée à l'arc sous atmosphère d'hélium au bord périphérique intérieur 65 de la plaque annulaire 48 et à la surface extérieure d'un manchon 66, monté concentriquement et appartenant au mécanisme 20 de translation 68 fies plaques mobiles 64 de condensateur. Le mécanisme de translation comprend, en plus du manchon 66, une tige creuse 70 qui peut coulisser sur les surfaces portantes supérieure et inférieure 72 et 74» respectivement,de ce manchon. L'extrémité inférieure de la tige 70 est fixée par soudage à une plaque 76 présentant un retrait central et qui est elle-mSme soudée à 25 la surface supérieure de la plaque 62. Le compartiment de boitier 12 comprend l'intérieur du soufflet 60 dans lequel est fixé le mécanisme de translation 68, la section intermédiaire 77 et une section de boitier cylindrique supérieure 78. La section intermédiaire 77 comporte à son extrémité inférieure un flasque cylindrique de diamètre réduit 30 80 qui est soudé à la surface extérieure^ du manchon 66. La portion supérieure cylindrique de la section intermédiaire 77 est adaptée étroitement dans une ouverture centrale 84 de la plaque de fixation 56. L'extrémité supérieure de la portion cylindrique 82 supporte une plaque circulaire 86 qui supporte à son tour le boitier 78. Ces éléments sont hermétiquement soudés les uns aux-autres 35 par brasage ou par soudage. Un moteur à renversement de marche 88 est fixé dans le boitier 78 et il est supporté par la plaque 86 au moyen de plusieurs colonettes 90. Les conduo-teurs d'alimentation 92 du moteur sont reliés à un connecteur hermétique 94 prévu a la partie supérieure du boitier 78. 40 L'arbre 96 du moteur se compose de préférence de deux sections 98 et 100 6907697 5 2004285 reliées ensemble par un accouplement 101. Cet accouplement comprend les éléments d'extrémité 102 et 103 fixés aux deux sections d'arbre respectives 98 et 100 et interconnectées par une section intermédiaire hél icoïdale ou spirale 104, gui est rigide dans le sens de la rotation nais flexible latéralement, de 5 manière à compenser tout défaut d'alignement entre lés sections d'arbre 98 et le mécanisme de translation 68. La section d'arbre 100 est articulée dans un palier de butée 105 fixé sur la plaque 86 et comporte à sa portion inférieure des filets de vis qui se vissent dans la section supérieure intérieurement filetée 106 d*L tube 70» Plusieurs ouvertures 108 sont ménagées dans la plaque 86 10 de manière à mettre en communication l'espace délimité par le boitier 78 avec la section 77 et l'intérieur du soufflet 60. Une soupape 110 se présentant sous la forme d'une tubulure métallique, prévue sur le boitier 78 sert à faire le vide dans le compartiment 14. Cette tubulure est fermée par pincement ainsi que le montre la figure après que le 15 vide a été fait dans le compartiment. On peut constater à la lecture de ce qui précède que la présente invention prévoit un condensateur variable actionné par un moteur électrique dans lequel les plaques de condensateur fixes et mobiles 38 et 64» respectivement, sont plaoées danB un compartiment hermétiquement scellé: 12 qui est isolé d'un second 20 compartiment hermétiquement scellé 14 qui enferme le motsur 88 et le mécanisme de translation 68 au moyen du soufflet 60, On fait le vide dans le compartiment 12 par l'intermédiaire de la tubulure 22, jusqu'à une pression comprise de pré--5 -8 férence entre 10 et 10 degrés Tore, ce qui correspond au degré normal de vide utilisé dans les condensateurs dans le vide classiques» Il est entendu qu' 25 une pression égale à zéro degrés Torr équivaut à un viàe parfait tandis qu'une pression de 760° Torr équivaut à une atmosphère standard soit 1,0334 kilogramme. par centimètre carré. Ainsi, un vide relativement poussé règne dans le compartiment 12. Suivant la caractéristique principale de l'inventiojL, un vide relative-30 ment imparfait, de préférence de l'ordre de 1 à 50 degrés Torr est établi dans le compartiment 14 par l'intermédiaire de la tubulure 110. Le degré préféré de vide dans le compartiment 14 est d'environ 25 degrés Torr, ce qui équivaut à une pression absolue de 0,003515 kilogramme, par centimètre carré. Ainsi, en ménageant un vide poussé dans le compartiment 12 et un vide relativement impar-35 fait dans le compartiment 14, la différence de pression sur le soufflet 60 telle qu'elle existe dans les condensateurs variables classiques actionnés par moteur électrique monté extérieurement, est largement réduite ce qui a pour effet de réduire les contraintes imposées au soufflet, d'en augmenter la durée de vie et de réduire substantiellement les conditions de couple imposées au no-40 teur 88. Cependant, la différence de pression entre les deux compartiments est 6907697 6 2004285 suffisante pour surmonter la perte de travail ou le jeu inutile entre l'axe fileté 100 et la tige 70 dans le cas d'une rotation inverse du moteur 88. De plus, étant donné que le moteur 88 et le mécanisme de translation 68 sont pla- ' cés dans un boitier à vide relativement imparfait, on peut utiliser des lubri-5 fiants organiques classiques sur les surfaces portantes, éliminant ainsi les problèmes de grippage qui se présentent dans les conditions de vide poussé. On trouve dans le commerce de nombreux lubrifiants dont la pression à l'état gazeux est inférieure à 1 degré Torr et qui conviennent parfaitement pour être utilisés dans le compartiment 14. JP Un.autre avantage de la présente invention est que les surfaces de palier pour l'arbre du moteur et le mécanisme de translation sont protégées des éléments contaminants atmosphériques, tels que corps étrangers , poussière»,humidité, fumée etc. De même le mécanisme d'entrainement du condensateur, c'est-à-dire le boitier 78, la section de boitier 77» le moteur 88, l'accouplement 102, l-1 arbre S6 et le palier de butée 104 peuvent être assemblés au compartiment 12. après que ce dernier a été soumis aux températures d'étuvage pour assurer le dégazage de ses parties métalliques. En conséquence, le moteur peut Stre du type classique utilisant des vernis, des matériaux isolants et des lubrifiants organiques. Au cours du fonctionnement du condensateur 10, tout déplacement axial de l'arbre 56 est stoppé par le palier de butée 104, nais il peut tourner avec le moteur 88. La rotation du moteur pour provoquer celle de la section d'arbre filetée 100 provoque le déplacement axial du tube ^0 ce qui amène les électrodes mobiles 64 à s'intercaler dans les électrodes fixes 38 ou à s'en séparer. Bien que les moyens d'engag«8«nt complémentaires sur la surface extérieure de l'arbre 100 et de la tige 70 soient représentés sous forme de filetage de vis, on comprendra que l'on peut utiliser avec profit tous autres moyens appropriés, par exemple de» arrangements à bille à mouvement alternatif. On comprendra que les expressions compartiment à vide poussé et comparti-3® ment à vide imparfait utilisées dans la présente description et dans les revendications, par rapport aux compartiments. 12 et 14» respectivement, ne concernent que le degré de vide de ces compartiments et non pas leur disposition 1' un par rapport à l'autre en élévation. Il est évident que le condensateur'10 peut être disposé suivant toute orientation physique souhaitée, l'un ou l'autre des compartiments étant placé au-dessus de l'autre ou sur le même niveau. Bien que les principes de l'invention aient été décrits comme s'appliquant particulièrement à un condensateur dans le vide, on comprendra qu'ils peuvent également s'appliquer à un interrupteur dans le vide actionné par moteur électrique dans lequel les contacts commutateurs coaziaux sont amenés en contact, JlO puis séparés pour ouvrir ou fermer un circuit au moyen de l'interrupteur. Ainsi l'utilisation dans les revendications de l'expression "dispositif sous vide" est prévue pour englober les interrupteurs dans le vide, aussi bien que les condensateurs dans le vide. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-des-sus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. 6907697 7 2004285 EEVEIIDI CATIONS 1) Un dispositif sous vide comprenant î un "boitier hermétiquement scellé une séparation hermétiquement scellée divisant ce "boitier en un premier et un second compartiments, la pression dans le premier compartiment étant inférieure à la pression dans le second compartiment | des électrodes fixes et mobiles 'S dans le premier compartiment ; un moteur à renversement de marche enfermé dans le second compartiment et comprenant un élément d'entrainement mobile et des moyens dans ce second compartiment opérativement intercalés entre ledit: élément d'entrainement et l'électrode mobile pour que celle-ci soit mise en mouvement par le déplacement dudit élément d'entrainement. /p 2) Un dispositif sous-vide comme il est dit en 1), dans lequel le premier compartiment comprend un élément isolant tubulaire et une première et une seconde plaques tubulaires d'extrémité métalliques, la première plaque tubulaire fermant l'une des extrémités de l'isolateur tubulaire et portant sur sa face intérieure l'électrode fixe, la seconde plaque tubulaire étant de forme annu-laire et hermétiquement scellée par sa périphérie extérieur© sur l'autre extrémité de l'élément isolateur tubulaire j ladite séparation comprend un soufflet métallique dilatable coaxial à l'élément isolateur tubulaire et soudé à la seconde plaque tubulaire , les moyens d'entrainement de l'électrode mobile se prolongeant concentriquement dans le soufflet et comprenant une portion fixe par JZg rapport à ladite électrode mobile. 3) Un dispositif sous vide comme il est dit en 2, dans lecjuel ladite portion du moyen d'entrainement de l'éleGtrode mobile comprend une tige creuse fixée à une extrémité par rapport à ladite électrode mobile et pourvue d'an filetage interne à son autre extrémité, ledit élément d'entrainement étant vissé Six dons cette autre extrémité de ladite tige creuse. 4) Un- dispositif sous vide comiom il est dit en 3), comprenant un u;jichon intercalé concentriquement entre la tige creuse et le soufflet, ce manchon é-tant fixé à la seconde plaque tubulaire annulaire et supportant ladite tige creuse de manière à permettre le déplacement axial de cette dernière. nQ 5) Un dispositif sous vide comme il est dit en 3), dans lequel ledit élé ment d'entrainement est Constitué par l'arbre d'entrainement dudit moteur, cet arbre d'entrainement comprenant deux sections coaxiales reliées entre elles par un moyen d'accouplement flexible latéralement. 6) Un dispositif sous vide comme il est dit en 1), comprenant sur chacun desdits compartiments des soupapes pour faciliter la mise sous vide séparée de ces compartiments. 7) Un dispositif sous vide comme il est dit en 1) comprenant des moyens' formant palier dans ledit second compartiment pour supporter ledit élément d' entrainement de manière à permettre sa rotation, ta 8) Un dispositif sous vide comme il est dit en 1), dans lequel on fait g le vide dans le premier compartiment jusqu'à une pression comprise entre 10~ et 10~"> degrés Torr, et dans le second compartiment jusqu'à une pression comprise entre 1 et 500 degrés Torr.