Brevet FR2218634A1 — publié le 19740913

Le secteur technique de l'invention est celui des condensateurs électriques. Certains condensateurs exposés à des températures de service relativement élevées sont obtenus par bobinage dtun feuillet diélectrique associé à une couche métallique, constituant une armature en feuille fabriquée indépendamment ou formée par métallisation du feuillet diélectrique. La matière constitutive du feuillet est choisie dans la classe des polyoléfines ou de leurs dérivés qui présentent à la fois de bonnes caractéristiques diélectriques et une haute résistance aux températures élevées. C'est ainsi qu'on utilise des feuillets de polytétra fluorcéthylène ou PTFE, de fluoroéthylpropylène ou FEP ou même de polypropylène, toutes substances offrant des molécules organiques linéaires. Dans de tels condensateurs, on observe à l'élévation de température une variation de capacité. Un coefficient de température correspondant est ainsi déterminé comme étant le quotient de la variation de capacité par la variation de température. I1 est exprimé en parties par millions et par degré Celsius. Principalement, cette variation de capacité dépend de deux facteurs qui sont d t une part la variation de la constante diélectrique en fonction de la température et d'autre part la variation en dimensions de la matière constitutive du feuillet, donc du coefficient de dilatation linéaire de celui-ci. En général, le coefficient de température est négatif, c'est-à-dire que la capacité décroît quand la température augmente. La présente invention a notamment pour but de diminuer fortement cette variation de capacité aux températures croissantes. Dans les modes de fabrications connus de tels condensateurs bobinés sur mandrin, les condensateurs obtenus sous forme de bobinages subissent un traitement thermique puis les bases de chaque bobinage reçoivent par projection an métal permettant ltétablissement des connexions. Ce bobinage et les connexions sont placés sous enveloppe, le plus souvent un tube métallique où l'on effectue un calage à l'aide d'un film de matière plastique par exemple, afin d'éviter que ledit bobinage ne se déplace sous l'action de vibrations et qu'il soit en outre électriquement isolé du tube métallique.Un tel calage réalisé par exemplé au moyen d'un film de matière plastique satisfait bien les- conditions précitées de résistance aux vibrations et d'isolement, sans influer toutefois sur la stabilité de la valeur de la capacité. En vue de combler une telle lacune, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication de condensateurs, selon lequel le bobinage en cause est enrobé à l'aide d'une substance isolante sur le plan électrique, capable de faire prise en se solidifiant à une température proche, par exemple, de la limite inférieure du domaine des températures de fonctionnement dudit condensateur et dont l'ordre de grandeur du coefficient de dilatation linéaire, à l'état- solide, est environ dix fois moindre que celui de la substance constitutive du feuillet diélectrique. Dans un mode de mise en oeuvre particulier, cette substance d'enrobage est coulée à l'état liquide entre le bobinage de condensateur et une envelo-ppe, avantageusement métallique. La matière constitutive de l'enveloppe offre un coefficient de dilatation linéaire voisin de celui de l'enrobag e Le durcissement de la matière d'enrobage coulée est avantageusement effectué à la température ordinaire ou tout au moins assez voisine de la température limite basse du domaine de service, lorsque cela est possible. En tout cas, il convient que ce durcissement se fasse à la température la plus basse et aussi écartée que possible, de la borne supérieure de ce domaine. De cette façon, l'enrobage durci à faible coefficient de dilatation linéaire thermique s'oppose efficacement à la dilastation que tendrait à développer le bobinage de condensateur et combat ainsi les variations de capacité. Dans la pratique, on présenté un bobinage de condensateur pourvu de ses connexions dans une enveloppe métallique munie d'une obturation à l'une de ses extrémités, on procède à la coulée de l'enrobage, on obture de façon étanche la seconde extrémité d'enveloppe et au contact étroit dudit enrobage et on laisse durcir ledit enrobage dans l'enceinte ainsi réalisée. L'invention comprend également les condensateurs ainsi obtenus, qui offrent, dans ces conditions, un coefficient de température diminué d'à peu près 50 par rapport à celui du même bobinage nu. La description qui va suivre en regard du dessin annexé à titre d'exemple non limitatif permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. Les figures i à 4 montrent en coupe les diverses phases de fabrication d'un condensateur. Comme on le voit sur la figure 1, un bobinage 1 de condensateur pourvu des apports 2 et 3 métalliques par projection sur ses tranches extrêmes, en vue de la liaison avec des conducteurs axiaux 4 et 5 de connexion, est inséré dans une enveloppe métallique 6 dont une extrémité a reçu par soudure 7 la bague métallique 8 d'une perle isolante 9 en verre fritté laquelle est pourvue d'une manchette soudée 10 métallique de passage du conducteur 5 de connexion correspondant. Un soudage Il étanche est effectué entre manchette 10 et conducteur 5. On verse alors sur le bobinage 1 et dans l'enveloppe 6 une substance d'enrobage 12 isolante et de faible coefficient linéaire de dilatation thermique, jusqu'à couverture de latran- che la plus haute dudit bobinage. L'enveloppe 6 est alors obturée par soudure d'une seconde bague 13 de maintien d'une seconde perle 14 de verre fritté à manchette 15 par où passe la connexion 4 et une soudure 16 obture ladite manchette 15 autour de la connexion 4o La substance d'enrobage 12 est capable de faire prise en durcissant à froid sot qu'elle constitue un ciment à prise chimique, soit qu'elle soit formée au moyen d'une résine synthétique par exemple ou d'un mélange à base d'une telle résine capable de polymériser également à froid. La substance d'enrobage solide constitue un bon diélectrique et offre un coefficient de dilatation linéaire thermique beaucoup plus faible que l'isolant disposé entre les armatures du condensateur. De cette façon, aux températures élevées, la libre dilatation du bobinage 1 reste extrêmement limitée et la variation de capacité dudit bobinage est très diminuée, par rapport à ce qu'elle serait si ledit bobinage était nu. Cet enrobage constitue bien une coque d'emprisonnement qui coopère d'ailleurs avec l'enveloppe 6 métallique dont le coefficient de dilatation linéaire thermique est voisin de celui dudit enrobage. On réalise ainsi un calage du bobinage sans aucune difficulté mécanique. On peut choisir comme substance constitutive du feuillet diélectrique, par exemple, le polytétrafluoroéthylène (PTFE) dont le coefficient de dilatation linéaire thermique est de l'ordre de 10.10-5, exprimé en mètre par degré Celsius. De même, si l'on choisit le fluoroéthylpropylène (FEP), ce coefficient est de 9,5.10-5. Pour le polypropylène, ce coefficient est variable entre 5 et Toutes ces substances diélectriques en feuillet employées peuvent autre associées à une métallisation aussi bien qu'à l'accolement d'une feuille métallique, pour former armature. D'autres polyoléfines et d'autres dérivés peuvent aussi être envisagés. La tenue thermique des feuillets diélectriques permet d'envisager la construction de condensateurs eapables de supporter des températures limites supérieures de l'ordre de 2000C pour les dérivés fluors et de 100 OC pour le polypropylène. En ce qui concerne la matière d'enrobage, on peut envisager l'utilisation d'un ciment de qualité électronique, à prise chimique, comportant par exemple du silicate de potassium ou de sodium, du zircon, de la silice. Un tel ciment peut être celui qui est mis en vente sous le nom de Sauereisen des types 29, 31, 33 et 54, offrant des temps de durcissement étagés de 18 à 24 heures-à la température ambiante, résistant à l'eau et à la vapeur, à lthuile et aux acides, sauf l'acide fluorhydrique et dont la rigidité diélectrique à 200C est de 1,5 v/mm. Le coefficient de dilatation linéaire thermique d'un tel ciment est de 6,2.10 , c'est-à-dire dix fois moins grand environ que le même coefficient pour le feuillet diélectrique. D'autres substances d'enrobage pourraient être ehoisies et par exemple parmi des résines époxy, des silicones, des ciments en mélange avec des silicones et en général dans une série de corps bons isolants, hydrofuges, durcissant à la température ambiante, de tordre de +250C par exemple, et capables de faire prise assez rapidement. I1 y.a avantage à ee que cette tempéra- ture d'accomplissement du durcissement soit aussi basse que possible de manière à obtenir un blocage dimensionnel du bobinage actif du condensateur dans son état initial. A titre d'exemple significatif, si le feuillet diélectrique est constitué à l'aide de fluoroéthylpropylène (FEP) métallisé pour former armature, le coefficient de température à bobinage libre est de -)20 ppm/ C, soit une variation de capacité de 5,5% entre 25 C et 2000C. Ce bobinage une fois enrobé et sous enveloppe métallique de laiton étamé par exemple, dont le coefficient de dilatation linéaire thermique est de 18,5.10 / C avec un enrobage par un ciment tel que précité ayant un coefficient de dilatation linéai -6 re thermique de 6,2.10 6, le coefficient de température obtenu sur les mêmes limites de température est de -180ppm/C ce qui donne une variation de capacité n'atteignant pas plus de ),2% pour l'écart cité de température. On constate donc que chaque fois qu' est utilisé un bobinage à l'aide d'un feuillet diélectrique à fort coefficient de dilatation linéaire thermique, métallisé ou associé à une feuille d'armature métallique, il y a intérêt à pratiquerun tel enrobage au moyen dtune substance économiquement coulée, qui durcit chimiquement pour faire prise à température relativement tasse et en une période de temps relativement brève pour stabiliser la valeur de la capacité de façon améliorée d'environ 50%. I1 est donc indiqué d'utiliser de tels condensateurs dans des appareillages soumis à des conditions d'utilisation très dures au moins en température. il va de soi que sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux formes d'exécution et aux phases du procédé qui viennent d'être décrites. - REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de condensateurs électriques comportant un bobinage actif résultant de l'enroulement d'un feuillet diélectriqueopourvu d'une armature métallique, feuillet diélectrique en une substance résistant à des températures élevées mais à fort coefficient de dilatation linéaire thermique, caractérisé par le fait qu'on enrobe ledit bobinage et ses connexions à l'aide d'une substance isolante sur le plan électrique, capable de faire prise en se solidifiant à une température proche de la limite inférieure du domaine des températures de fonctionnement dudit condensateur et dont l'ordre de grandeur du coefficient de dilatation linéaire thermique, à l'étant solide, est moindre que celui de la substance constitutive dudit feuillet diélectrique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le coefficient de dilatation linéaire thermique de la substance d'enrobage est dix fois moindre que celui du feuillet diélectrique. 5. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que la substance d'enrobage est coulée à l'état liquide autour du bobinage de condensateur et intérieurement à une enveloppe formée d'une substance dont le coefficient de dilatation linéaire thermique est voisin de celui de l'enrobage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la température de durcissement de la matière d'enrobage est voisine de la température ambiante. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par-le fait que le feuillet est en une substance qui est choisie dans un groupe comportant des matières organiques offrant des molécules en channe linéaire, les polyoléfines et leurs dérivés, le polytétrafluoroéthylène, le fluoroéthylpropylène et le polypropylène. 60 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la substance d'enrobage est choisie dans un groupe qui comprend les ciments de qualité électronique, durcissables à froid, à base de silicate de potassium ou de sodium, de zircon, de silice, et encore des résines époxy, des silicones, ainsi que des mélanges des substances dudit groupe. 7. Condensateurs électriques obtenus par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte, interposé entre leur bobinage sur diélectrique à coefficient de dilatation linéaire thermique relativement élevée et une enveloppe métallique, un enrobage de calage isolant versé dans ladite enveloppe à l'état liquide, enfermé dans ladite enveloppe et qui fait prise en durcissant à température relativement basse, et dont le coefficient de dilatation linéaire thermique est bien plus faible que celui de la substance diélectrique. 80 Condensateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le métal choisi pour l'enveloppe offre un coefficient de dilatation linéaire thermique d'un ordre de grandeur voisin de celui de la matière d'enrobage. 9e Condensateur selon la- revendication 8, caractérisé par le fait que son enveloppe est fermée de façon étanche sur l'enrobage à Irétat liquide par soudure avec des traversées formées par des perles de verre.