Brevet FR2038195A1 — publié le 19710108

L'invention concerne un appareil électrique avec un support sur lequel sont placés des conducteurs électriques plats, en particulier isolés au vernis. D'après une proposition remontant au demandeur, on connaît des 5 circuits imprimés dans lesquels on enfonce dans le support de minces conducteurs plats sous forme de bandes indépendantes, isolées ou aussi communicantes, à plat sur toute leur section transversale. Ce support a la forme d'une plaque. On peut encastrer dans cette plaque plane les conducteurs plats à l'aide d'un piston également plan, par pression, en chauffant le 10 cas échéant ladite plaque qui est en une matière isolante. Par ailleurs, il est connu depuis longtemps d'enrouler des fils, mais non des conducteurs plats, en bobine. Alors que les conducteurs plats représentent une fois logés dans leur support, une forme particulière de circuits imprimés, des conducteurs minces ou même très minces étant répartis dans les deux cas 15 dans un plan, formant ainsi sensiblement une couche unique, les enroulements de fils ne préfigurent pas les circuits imprimés. De plus, il est connu d'utiliser pour les transformateurs, au lieu de noyrux compacts, des noyaux en tôles minces et la forme particulière de la culasse permet de prévoir que ces tôles du noyau auront une structure semblable à celle d'un ruban. 20 Cependant, les tôles du noyau n'ont aucun rapport avec un conducteur élec-trique, mais au contraire servent à des applications magnétiques, formant par exemple un noyau à fuites. Il est, en outre, connu d'enfoncer des conducteurs plats constitués par des bandes de cuivre plates oxydées mais également dans un même plan, dans un support, ou de les noyer en partie 25 dans ce dernier. De plus, les transformateurs avec des enroulements cylindriques et en galettes, réalisés sous forme de transformateurs à noyau ou cuirassés, sont connus depuis longtemps, cependant qu'on utilise aussi dans ce cas seulement des conducteurs filiformes, par conséquent des conducteurs de section transversale sensiblement circulaire. 30 Par contre, l'objet de l'invention constitue un perfectionne ment en ce qui concerne les conducteurs plats et leurs supports. On suggère, chose étonnante, d'utiliser également ces conducteurs plats pour des enroulements sur des surfaces incurvées. On emploie à cet effet des conducteurs plats, par exemple en cuivre, ayant une épaisseur comprise entre 20 35 et 200 microns, qui ont été recouverts au préalable d'un revêtement constitué par exemple par un vernis du type polyamide, polyuréthane, polyvinyl-acétal ou polyester téréphtalique avec, ou dans des cas particuliers sans 69 25161 2 2038195 augmentation particulière d'épaisseur aux angles par une couche de vernis additionnelle. On a observé, chose étonnante, qu'on n'avait pas à craindre que ces conducteurs plats très minces se déforment fâcheusement ou que leur vernis se détache, en particulier aux arêtes, lors de leur mise en place b sur des surfaces fortement incurvées. Il est également étonnant que ces appareils électriques comportant des conducteurs plats possèdent des caractéristiques électriques excellentes, en particulier en ce qui concerne la rigidité diélectrique et la conductivité. Dans un autre mode de réalisation de cette idée de base, on 10 suggère de placer les conducteurs plats sur un support tubulaire. À cet effet, on peut utiliser économiquement des tubes isolants du commerce, en résine époxyde ou polyester, en fibres imprégnées ou en tissu comprimé. On obtient ainsi des composants électriques qui possèdent à plusieurs points de vue des caractéristiques électriques avantageuses, par exemple une 15 résistance ohmique^ sensiblement moindre que les conducteurs à section circulaire. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, on suggère de disposer ou d'enrouler les uns sur les autres au moins deux conducteurs plats continus isolés électriquement, en particulier sous forme de couches. 20 Cette disposition peut être réalisée de telle manière qu'une feuille ou couche de résine époxyde, de fibres imprégnées ou etc... est intercalée entre les couches de conducteurs plats. On enroule de préférence les conducteurs plats en hélice, avec le pas prévu pour l'application envisagée, ou bien le nombre approprié de conducteurs plats par unité de longueur ou 25 par tronçon de tube. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, ces conducteurs plats sont disposés sous forme d'enroulements primaires et secondaires, si bien que ces conducteurs forment, associés à leur support, un transformateur remarquable. Une forme de réalisation avantageuse de l'invention consiste, dans ces conditions, en une réalisa-30 tion et/ou une mise en place d'au moins deux enroulements de conducteurs plats de sorte qu'on réalise un transformateur pour haute fréquence ou grandes intensités. On peut dire, à ce propos, qu'on tire parti des avantages particuliers des conducteurs plats. La grande surface des conducteurs plats par rapport à leur section est avantageuse en ce qui concerne l'effet 35 pelliculaire, d'après lequel la densité du courant, dans le cas des courants alternatifs, en particulier, des courants haute fréquence, varie dans la section transversale d'un conducteur parce qu'ils sont repoussés, par un 69 25161 3 2038195 phénomène d'induction dans le conducteur, en direction de la surface de ce dernier. L'importance de cet effet pelliculaire augmente, on le sait, avec la fréquence. Des transformateurs enroulés avec des conducteurs plats ont une résistance ohmique des enroulements moins élevée pour les courants 5 haute fréquence à transformer. Ces transformateurs sont utilisés par exemple dans les installations de distribution d'électricité, en liaison avec des lignes aériennes, etc... Il est de plus avantageux que dans le cas de transformateurs de grande puissance, en particulier à courants intenses, le mode de construction selon l'invention améliore le refroidissement par 10 l'eau ou l'huile des éléments conducteurs. L'invention concerne de plus un procédé de construction d'un tel appareil électrique. A ce sujet, il faut prévoir en particulier un isolement suffisant et renforcé des angles des conducteurs plats où règne, du fait de leur forte courbure, an champ électrique intense, afin d'empêcher 15 les courants de fuite superficiels ou les courts-circuits dans un transformateur, etc..» et pour obtenir une rigidité diélectrique élevée. Ceci est d'autant plus applicable aux transformateurs, bobines, etc.,. par comparaison avec un circuit imprimé plan, etc... que de nombreuses faces de conducteurs plats sont rassemblées, dans le cas présent, de façon à former 20 un enroulement serré, face contre face, et engendrent un champ électrique d'intensité accrue. Une forme de réalisation du procédé selon l'invention consiste surtout en ce que l'on fait passer là bande avec un jeu latéral (tolérance) suffisant dans son plan à travers une fente d'un appareil applicateur et qu'on fait arriver en même temps un courant de vernis 25 additionnel à partir du bord ou des bords dudit applicateur tout au moins aux extrémités de la fente et en ce que l'on chauffe le conducteur plat puis l'enroule sur son support. Ce procédé peut être perfectionné en faisant passer la bande tout d'abord à travers un premier applicateur de vernis et ensuite à travers 30 au moins un autre, dont la fente aura une largeur sensiblement la même, mais une longueur plus grande, augmentée de préférence d'environ 10 microns. Un tel procédé peut être mis en oeuvre avec des composants relativement simples, cependant qu'au moins deux applicateurs cylindriques de vernis, tels que des barres ou des rouleaux dans lesquels on a ménagé des canne-35 lures parallèles sont incorporés et plrcés côte à côte 3 leurs axes étant parallèles, laissant un passage pour la bande métallique, et au moins une des barres comporte, pour former la fente de guidage orientée dans le sens 69 25161 4 2038195 de la longueur des barres, une variatfon de diamètre telle que la longueur de la fente de guidage est légèrement supérieure à la largeur de la bande, . ce qui permet également un déplacement latéral grâce au jeu de la bande. Il est particulièrement avantageux de réaliser les rainures réparties sur 5 toute la largeur de la fente de guidage en les séparant par un intervalle d'environ 0,5 mm. Par ce moyen, on obtient précisément pour les conducteurs métalliques plats minces d'environ 20 à 200 microns d'épaisseur, non seulement un guidage excellent, mais aussi que le dépôt de vernis soit réduit sur les bords du conducteur et - grâce à la faible distance des rainures, de 10 préférence aussi bien sur 1'applicateur supérieur que sur 1 *applicateur, celles-ci sont à considérer comme des réservoirs minuscules de vernis -qu'un courant de vernis encore suffisamment important s'écoule en permanence en direction des bords du conducteur et s'ajoute,, en fait, au reste du dépôt de vernis. 15 Une variante de l'invention comporte une application particulière du procéeé connu consistant à recouvrir des objets d'une couche de matière par voie électrostatique. Pour résoudre le problème particulier à la base de l'invention, on suggère de recouvrir tout d'abord, à l'emplacement d'un 20 premier poste de travail, les bords des conducteurs plats dEune couche de vernis par immersion, badigeonnage, projection au pistolet, etc... et de vernir ensuite à 1'emplacement d' second poste placé en aval du premier de préférence contigu à celui-ci, les faces supérieures et inférieures des conducteurs plats, par pulvérisation et précipitation électrostatique 25 du vernis sur lesdites faces. Le dessin ci-annexë représente schématiquement â titre d'exemple une forme de réalisation de l'invention qui est décrite ci-après. La figure 1 représente un enroulemetf. d'un conducteur plat sur un tube isolant, la seconde couche étant supprimée pour plus de clarté. 30 La figure 2 représente une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 représente une variante du dispositif selon l'invention réalisé sous forme d'un transformateur à galettes. La figure 4 représente, vue par dessus,, la partie servant au 35 guidage et à l'application du vernis d'un dispositif destiné â la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. 69 25161 s 2038195 La figure 5 représente un profil de rainure pour le dispositif selon la figure 4. La figure 6 représente un dispositif pour l'exécution d'un autre procédé selon l'invention. 5 La figure 7 est une vue de côté du dispositif de la figure 4. Le support tubulaire en fibres agglomérées comprimées de 3 mm d'épaisseur sert par exemple de support pour deux couches de conducteurs plats qui peuvent être enroulés en hélice sur lui. La figure 1 représente seulement la couche supérieure 11 de l'enroulement. La valeur du pas, la 10 largeur du conducteur plat et le nombre de spires isolées lia sont ajustés en fonction des grandeurs correspondantes pour l'autre couche 12, la figure 2 représentant un rapport du nombre de spires voisin de 1/2. Le conducteur plat de la couche considérée est constitué en règle générale par un seul tronçon de conducteur plat de longueur appropriée. Dans ce cas, la couche de conduc-15 teur plat 11 avec ses spires lia constitue l'enroulement primaire, la couche de conducteur plat 12 avec ses spires 12a constitue l'enroulement secondaire. Une couche de la matière 13 du support 10 de, par exemple, 50 microns d'épaisseur (cette épaisseur est variable dans de larges limites suivant le composant électrique considéré) augmente la rigidité diélectrique entre les 20 couches 11 et 12 de conducteur plat. L'expérience a montré que, malgré la grande surface occupée par les couches de conducteurs, on obtient grâce à ces matières constituant le support une augmentation appréciable de la rigidité diélectrique qui est au moins égale à celle obtenue avec les conducteurs de section circulaire. En particulier, la figure 2 représente la 25 grande surface occupée laquelle diminue considérablement la résistance ohmique aux fréquences élevées (l'épaisseur du conducteur plat a été fortement agrandie pour faciliter la compréhension). Les références 14 et 15 désignent des connexions, par conséquent des extrémités de conducteurs plats comme ci-dessus, qui aboutissent à un organe 18 d'utilisation. L'enroulement 30 de la figure 2 est l'enroulement dit "en couches superposées" d'un transformateur tandis que la figure 3 représente l'enroulement "en galettes". Les noyaux et les bobines correspondantes des transformateurs des figures 1 et 3 sont respectivement les pièces 17 et 17a. Les figures 4 à 7 sont destinées à faciliter la description 35 du procédé selon l'invention. Selon la figure 6, un cylindre débiteur 20 débite la bande métallique, par exemple en cuivre, à vernir.La bande 21 est amenée de façon continue à un réservoir 22 rempli de vernis 23. Grâce 69 25161 « 2038195 à un rouleau de renvoi 24, la bande immergée est extraite du récipient et traverse 1'applicateur 25. Puis elle passe à travers un tube de séchage ou de chauffage 26 et est ensuite, soit amenée directement à un cylindre récepteur 28, s oit soumise à une deuxième opération, figure 6, cette bande passant par les 5 pièces semblables *22a, 23a, 25a. La laque arrive d'un réservoir 27 ou 27a, L'apjâicateur proprement dit 25 peut être constitué par deux barres cylindriques 29, 30 servant au guidage et au râclage du vernis en excès (figure 4). Elles supportent une pièce médiane 35, 36 - respectivement -de plus grand diamètre. L'une desdites pièces comporte une partie de diamètre 10 réduit 38 qui est réalisée par chariotage suivant un arc de 360°. On forme ainsi entre les barres 29 et 30 une fente longitudinale 39. Cette fente est selon l'invention, dimensionnée de façon à être un peu plus longue que le grand côté de la bande métallique; dans une forme de réalisation de l'invention selon la figure 6, la longueur de la fente pour la deuxième opération 15 (en 25a) est supérieure à celle pour la première opération (en 25). Les pièces 25 comportent des rainures circulaires (ou analogues) 37 pouvant s'étendre sur 360°. Elles sont parallèles entre elles, de préférence avec une distance entre rainures de 0,5 mm, la profondeur de ces rainures pouvant atteindre 20 à 30 microns. Selon la figure 5, ces rainures peuvent 20 avoir un profil en V; dans un exemple de réalisation de l'invention, l'angle d'ouverture de ce V est voisin de 60°. Il est avantageux de creuser également des rainures 37a dans la seconde pièce de guidage, à savoir la barre 30, en fe.ce de celles de la barre 29, qui s'étendent également sur 360°, et ont" de préférence les mêmes dimensions et écartements que les rainures 37. 25 Le conducteur plat non encore isolé est tiré entre les barres 29, 30 - montées de façon à ne pouvoir tourner - à travers la fente 39 et entraîne dans ces conditions du vêrnis. Cette quantité de vernis est constituée à peu près uniquement par du vernis provenant des stries, cependant que le vernis en excès sur les barres '29, 30 est enlevé par râclage. La 30 largeur de la fente peut être réglable, par exemple en mettant en place ' une petite tige mobile dans l'ouverture de la fente. Il est visible que le procédé selon l'invention, en particulier avec ce dispositif, peut être mis en oeuvre de manière que la bande 21 soit tirée avec un jeu suffisant pour son mouvement à travers la fente 39, 35 cependant qu'un filet de vernis provenant des stries 37 formant des réservoirs très petits est amené précisément au bord de la fente 39, au contact de la bande métallique. Ensuite, le conducteur plat est chauffé dans le tube 26 et enroulé sur le support 10, figures 1 et 2. 69 25161 7 2038195 On réalise un montage élastique du dispositif 25 en ménageant des alésages 31 avec un filet femelle 34 dans la barre 29, de feçon à fixer la vis à tête 32 dans la barre 30, cependant que des ressorts à boudin 33 écartent l'une de l'autre les pièces 32 et 37. Les tourillons des barres 5 peuvent être guidés dans des trous longitudinaux (figure 7) si bien qu'ils "peuvent se déplacer, par exemple, horizontalement dans ces trous, afin que la bande ne soit pas déformée même aux plus grandes vitesses. Dans le cas d'un vernissage électrostatique des conducteurs plats, par exemple au second poste de travail, on a mis en place des 10 organes de pulvérisation électrostatique tels que des disques tournants, des buses, des fils fins ou des arêtes allongées aiguës, qui sont portés à un potentiel continu élevé. Ces arêtes ou analogues sont alimentées en vernis à l'aide d'une pompe, en particulier sous la forme d'une couche mince. Le conducteur plat, maintenu au potentiel de la terre, passe à 15 proximité des dispositifs de pulvérisation. Grâce au gradient élevé du champ électrique à proximité des têtes de pulvérisation, le vernis y est repoussé tout en étant pulvérisé en même temps sous forme de fines particules et se déplace sous forme d'un nuage en direction du conducteur plat, sur lequel il se dépose sous la forme d'un revêtement de vernis. Etant 20 donné que dans ces conditions, les bords des bandes ne peuvent être isolés de façon suffisante, on a mis en place, conformément à l'invention, un premier poste de travail, de préférence placé en amont du second, dans lequel les bords sont préalablement vernis de manière connue par immersion ou autrement, en particdier en utilisant le procédé selon l'invention décrit 25 à propos des figures 4 à 7. On obtient ainsi une protection suffisante des arêtes, mais on tire aussi parti des avantages du procédé électrostatique conduisant à une économie de vernis, pour d'autres parties de la bande, notamment pour ses faces supérieure et/ou inférieure de grande surface. Dans certains cas particuliers, l'ordre des opérations peut être inversé, 30 en réalisant tout d'abord le dépôt par voie électrostatique et ensuite le dépôt sur les arêtes ou analogues. L'invention n'est pas limitée à ce qui précède. On peut enrouler plusieurs spires de conducteurs plats par couches superposées sur un support en forme de tube ou de bobine et les accoupler électriquement de façon à 35 former des groupes de circuits identiques. Entre les couches, ou bien à l'intérieur du support, on peut prévoir des chambres de refroidissement pour 69 25161 8 2038195 faire passer de l'eau ou de l'huile; l'ouverture de la chambre de refroidissement est désignée schématiquement par 16 (figure 1). Ces dispositifs peuvent être utilisés, à condition de comporter un ou plusieurs enroulements, comme circuits électriques conducteurs. Leur emploi n'est pas limité au courant alternatif ou triphasé, ces circuits conducteurs pouvant évidemment transporter également des courants continus. 69 25161 9 2038195 REVENDICATIONS 1. Appareil électrique comportant un support, des conducteurs électriques plats, en particulier des conducteurs plats isolés par un vernis, ou bien des conducteurs plats isolés par un vernis avec une protection additionnelle des arêtes par une couche supplémentaire de 5 vernis, caractérisé en ce qu'au moins un conducteur plat est placé sur un support tubulaire. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins deux conducteurs plats isolés électriquement sont disposés ou enroulés de façon continue l'un au-dessus de l'autre, en particulier sous 10 forme de couches. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conducteurs plats forment un transformateur, en particulier un transformateur à haute fréquence ou à courant de grande intensité. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en 15 ce qu'il comporte un circuit, un conducteur ou une bobine comprenant un conducteur plat enroulé en hélice, en particulier enroulé, enfoncé, par pression et/ou noyé, à la surface du support. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la distance radiale des conducteurs plats voisins des diverses 20 couches de l'enroulement représente une petite fraction d'un millimètre. 6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le support isolait^ en particulier tubulaire, est constitué par des fibres agglomérées, par un tissu, par une résine époxyde et/ou polyester. 7. Procédé de fabrication d'un appareil électrique selon l'une 25 des revendications 1 à 3, dans lequel on fait passer des conducteurs plats minces entre au moins deux cylindres applicateurs de vernis placés côte à côte leurs axes étant parallèles, formant ainsi une fente pour le passage de la bande, caractérisé en ce que ladite bande est guidée avec un jeu latéral (tolérance)suffisant dans le plan de la bande à travers ladite 30 fente et qu'un filet de vernis partant de l'arête ou des arêtes de 1'applicateur est amené tout au moins aux extrémités de ladite fente et en ce que le conducteur plat est chauffé puis enroulé sur le support. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on fait passer la bande tout d'abord par un premier et ensuite par au moins 35 un autre applicateur de vernis dont les fentes ont sensiblement la même largeur mais une longueur plus grande, de préférence d'environ 10 microns. 69 25161 2038195 9. Procédé de fabrication d'un appareil électrique selon l'une des revendications 1 à 3, en particulier en liaison avec l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'on applique tout d'abord à un premier poste de travail une couche de vernis sur les bords du conducteur 5 plat par immersion, badigeonnage ou pulvérisation au pistolet, etc..., et ensuite, à un deuxième poste de travail placé de préférence immédiatement en aval du premier poste de travail, on vernit les surfaces inférieures et/ou supérieures du conducteur plat par pulvérisation électrostatique et dépôt de vernis sur ces surfaces, ou bien on opère dans l'ordre 10 inverse.