Brevet FR2108073A1 — publié le 19720512

- 1 - 2108073 la présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la fabrication d1électro-aimants à plusieurs pôles tels que dipôles et multipôles pour dispositifs optiques ioniques comportant un corps creux servant de support d1enroule-5 ment à travers l'intérieur duquel passe un tube à rayons cathodiques et contre la face extérieure duquel sont disposés des paquets de bobines allongés, en fils métalliques supra conducteurs, qui sont entourés par un blindage destiné à recevoir les forces de champ agissant sur l'enroulement et dont les deux extrémités sont 10 en forme d'arc ayant un rayon qui est petit par rapport à la longueur de la bobine et sont incurvées autour d'un axe se trouvant dans le plan de la bobine et perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bobine. Pour la production de champs magnétiques d'in-15 tensité élevée, dont on a besoin pour la construction d'accélérateurs de particules ou d'une manière générale dans les dispositifs optiques ioniques, on se sert dans une mesure croissante de dispositifs supraconducteurs refroidis avec de l'hélium liquide» En outre, on emploie des électro-aimants dipôles ou d'une manière 20 générale des électro-aimants multipôles qui doivent produire, le long d'une orbite de particule un champ magnétique déterminé à l'avance et dont les paquets de bobines allongés, orientés dans la direction de l'orbite, sont formés à leurs deux extrémités d'une manière telle qu'un tube à rayons cathodiques peut être introduit 25 à travers l'espace formé par les paquets de bobines (voir le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3«409»852). les bobines sont construites, en raison de la densité de courant élevée exigée en une matière supraconductrice, de sorte qu'on ne peut pas utiliser des procédés de fabrication 30 dans lesquels des fils métalliques supraconducteurs doivent être exposés à des efforts de traction élevés, parce que dans le cas des supraconducteurs, des propriétés physiques importantes, par exemple leur aptitude à supporter des intensités élevées, se trouvent diminuées. Pour cette raison, il est nécessaire d'appliquer, dans 35 les procédés connus, des mesures coûteuses pour la fabrication de bobines du type indiqué. Il est connu de fabriquer des bobines magnétiques avec des matériaux supraconducteurs tels que des bandes niobium-étain des fils niobium-titane et des cables ou des bandes tissés 40 en fils métalliques minces. De tels matériaux conducteurs sont 71 35104 _ 2 - 2108073 bien flexibles en tant que fils métalliques mais ils ont l'inconvénient de ne permettre d'atteindre qu'une densité de courant relativement faible en raison de leur faible facteur de remplissage. L'invention a par conséquent pour but de créer 5 .un procédé et un dispositif à l'aide desquels il soit possible de fabriquer d'une manière simple et économique, des électro-aimants dipôles ou multipôles, coudés d'une manière déterminée et convenant par exemple pour la construction d'accélérateurs, ces électroaimants étant en un matériau conducteur ayant une section droite 10 relativement grande, et d'éviter dans une large mesure des efforts de traction dans le matériau supraconducteur lors du cintrage de ce dernier. L'invention concerne à cet effet un procédé du type c.i-dessus caractérisé en ce qu'on enroule les fils métalliques 15 supraconducteurs pour former un paquet plan de bobines se composant de plusieurs couches et on les imprègne simultanément avec une résine synthétique durcissant lentement, on cintre les extrémités des bobines avant le durcissement de la résine synthétique afin que les différentes couches de fils métalliques puissent se déplaoer 20 l'une par rapport à l'autre lors du cintrage# En outre, on emploie avantageusement un dispositif dans lequel sont disposées dans les deux extrémités de la bobine plane des lamelles qui déterminent la configuration de la tête d'enroulement et qui se trouvent dans le plan des bobines, ces 25 lamelles ayant une épaisseur qui correspond à l'épaisseur de la tête d'enroulement et en ce que ces lamelles, munies de trous oblongs dont la direction longitudinale ebt la même que la direction de l'axe des bobines, coopèrent avec un élément de guidage. Pour la fabrication du support d'enroulement 30 qui par sa conformité aux côtés assure le respect d'une géométrie de champ déterminée à l'avance, des nattes de fibres de verre imprégnées de résine synthétique sont enroulées et durcies sur place sur un mandrin dont la section droite correspond à celle de l'intérieur à obtenir. 35 Après le montage d'un élément de construction, sont enroulées et durcies s tir place, en tant que blindage ? et réparties sur la longueur du paquet de bobines une ou plusieurs couches de faisceaux de fibres de verre imprégnés de résine. Les avantages de l'invention résident en parti-40 culier en ce qu'il est possible de fabriquer avec des dispositifs d ' enroulement simples des bobines de longueurs différentes en une 71 35104 - 3 - 2108073 matière supraconductrice, bobines dont les têtes d'enroulement sont cintrées suivant des angles pouvant être choisis librement jusqu'à me valeur d'environ 90% sans que se produisent des charges de traction de la matière supraconductrice s charges qui pour-5 raient amoindrir les propriétés physiques de cette dernière et en particulier son aptitude à supporter des intensités élevées. Il faut voir un autre avantage de l'invention en ce que l'intérieur du support d'enroulement peut être fabriqué sans retouche avec la section droite souhaitée et dans le fait 10 qu'il est, comme le blindage en une matière non conductrice de fait que les aimants constitués de cette manière sont exempts des pertes de courants alternatifs qui sont provoquées par des supports d'enroulement métalliques ou par des blindages métalliques. L'invention sera mieux comprise en regard de 15 la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels s - la figure 1 est line coupe faite à travers une tête d'enroulement cintrée et à travers le dispositif de cintrage, - la figure 1a représente une lamelle du dis- 20 positif de cintrage, - la figure 2 est une coupe faite à travers un aimant dipôle. La figure 1 montre schématiquement une bobine 1 constituée par un fil métallique supraconducteur rectangulaire 2, 25 qui est enroulé tout d'abord en plusieurs couches 3 dans un plan AA dans un dispositif d'enroulement 4 et qui est simultanément imprégné avec une résine durcissant lentement. La partie 5 du dispositif d'enroulement qui reçoit la tête d'enroulement est reliée à la partie médiane du dispositif d'enroulement par l'intermédiaire 30 d'une charnière 6 et elle reçoit des lamelles 7 en chlorure de polyvinyle. L'épaisseur des lamelles correspond à l'épaisseur d'une couche de l'enroulement. Les lamelles sont munies de trous oblongs 8 dont l'axe longitudinal se trouve dans la direction de l'axe longitudinal de la bobine. La forme de l'ar® de l'enroulement est déter-35 minée par la forme de la lamelle ? elle peut être, par exemplev semi-circulaire ou rectangulaire avec des coins arrondis. Avant le durcissement, les têtes d'enroulement de la bobine sont courbées autour d'un bord se trouvant dans le plan de la bobine et à cet effet, on fait pivoter la partie 5 du dispositif d'enroulement au-40 tour du centre de rotation de la charnière 6. Les lamelles 7 sont guidées au moyen d'un élé 71 35104 - 4 - 2108073 ment de guidage 9, par exemple en forme de boulon, qui passe à travers les trous oblongs des lamelles et ces dernières se déplacent d'une manière correspondant au rayon de cintrage de la couche correspondante de l'enroulement , rayon de cintrage qui va en aug- , 5 mentant en même temps qu'augmente la distance de la couche au point d'articulation. Les différentes lamelles se déplacent ainsi l'une par rapport à l'autre pour prendre une disposition en forme d'escalier de sorte que les sollicitations de traction agissant sur le fil métallique supraconducteur sont évitées dans une large mesure 10 ou maintenues dans des limites étroites pour toutes les couches de l'enroulement et cela malgré des rayons de cintrage différents. Quand il s'agit d'angles de cintrage relativement grands, par exemple de l'ordre de grandeur de 90°, il convient d'exécuter une dernière partie de l'opération de cintrage après 15 avoir enlevé l'élément de guidage. La figure 2 montre une demi coupe faite à travers un électro-aimant dipolaire perpendiculairement à l'axe longitudinal de ce dernier. Le ponte-enroulement 10, qui est fabriqué à partir de nattes de fibres de verre et de résine synthétique 20 par enroulement sur un mandrin, est muni de plusieurs fentes de refroidissement 11 qui sont réparties sur sa longueur et disposées sur son pourtour et qui sont en communication avec les fentes de refroidissement 13, disposées entre les différents paquets 12 de bobines. Dans l'enveloppe de porte-enroulement sont obtenues, par 25 une conformation fournissant des copeaux, des rainures en forme d'escaliers, disposées suivant la direction de l'axe, qui reçoivent les paquets de bobines qui sont entourés par plusieurs blindages 14 en forme de bandes, répartis sur la longueur de l'aimant dipolaire. Ces blindages sont constitués par des faisceaux de fibres de verre 30 à plusieurs couches qui sont imprégnés de résine synthétique et qui reçoivent par l'intermédiaire de coins 15 les forces de champ agissant sur les bobines. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, 35 à, partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation sans qu'on s'écarte pour cela du champ de l'invention. 71 35104 - 5 - RETENBI CATIONS 1°) Procédé pour la fabrication d'électro-aimants à plusieurs pôles tels que dipôles et multipôles pour dispositifs optiques ioniques comportant un corps creux servant de support 5 d'enroulement à travers l'intérieur duquel passe un tube à rayons cathodiques et contre la face extérieure duquel sont disposés des paquets de bobines allongés;, en fils métalliques supraconducteurs, qui sont entourés par un blindage destiné à recevoir les forees de champ agissant sur l'enroulement et dont les deux extrémités sont 10 en forme d'arc ayant un rayon qui est petit par rapport à la longueur de la bobine et sont incurvées autour d'un axe se trouvant dans le plan de la bobine et perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bobine„ procédé caractérisé en ce qu'on enroule les fils métalliques supraconducteurs en un paquet plan de bobines se compo-15 sant de plusieurs couches et on les imprègne simultanément avec une résine synthétique durcissant lentementv on cintre les extrémités des bobines avant le durcissement de la résine synthétique afin que les différentes couches de fils métalliques puissent se déplacer l'une par rapport à l'autre lors de ce cintrage. 20 2°) Procédé suivant la revendication 19 caracté risé en ce que pour la fabrication du support d'enroulement„ on enroule et on durcit sur place des nattes de fibres de verre imprégnées de résine synthétique sur un mandrin dont la section droite correspond à celle de 1»intérieur à obtenir. 25 3°) Procédé suivant la revendication 1, caracté risé en ce qu'après le montage d'un élément de construction,, on enroule et on durcit sur place s en tant que blindage réparti sur toute la longueur du paquet de bobines 9 une ou plusieurs couches de faisceaux de fibres de-verre imprégnés de résine. 30 4°) Dispositif pour la mise en application d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que des lamelles sont disposées dans les deux extrémités de la bobine plane, ces lamelles déterminant la configuration de la tête d'enroulement et se trouvant dans le plan des bobiness les '35 dites lamelles ayant une épaisseur qui correspond à l'épaisseur de la tête d'enroulement et comportant des trous oblongs dont la direction longitudinale est la même que cello de l'axe des bobines et qui coopèrent avec un élément de guidage.