Brevet FR2229126A1 — publié le 19741206

L'invention concerne les condensateurs électrolytiques à fauilles et, notamment, des condensateurs de ce type comportant plusieurs tronçons capacitifs montés en parallèle. Les condensateurs électroly@iques à feuilles sont généralement utilisés dans les circuits de filtrage des sour@es d'alimentation en courant continu pour éliminer les ondulations et autres signaux à basse fréquence de la tensio co@tinue @ e. Ce- pendant, lorsque la charge appliquée à ces alimentations produit des variations brutales de courant, notamment dans le cas des circuits de commutation d'un calculateur, il est souhaltable que la tension d'alimentation soit constante quelles que soient ces variations.Par conséquent, les condensateurs de filtrage doivent être de faible impédance pour une grande plage de fréquences. Les condensateurs électrolytiques à feuilles présentent une faible impédance pour des fréquences comprises entre quelques hertz@et plusieurs mégahertz. rar exemple, le brevet des Etats-Unis d'A:rique N 7 611 051 décrit un condensateur empilé comportant une âme sur laquelle sont intercalées et fixées des feuilles d'électrolyte et des feuilles de papier. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 654 524 décrit un condensateur électrolytique dont des tronçons, constitués de feuilles débordantes, sont fixés à une âme. Dans ces exemples et dans d'autres cas,les parties des feuilles débordant du corps des tronçons et destinées aux connexions électriques, occupent une grande partie de la surface totale de ces feuilles. Les feuilles débordantes n'ont que très peu d'effet sur la capacité totale et sont principalement destinées aux con- nexions. Aussi, une partie de ces feuilles enroulées et aplaties peut être coupée et rejetée.Les feuilles débordantes des con densate@rs a@tér@eurs s@r@ don@ inutiles et produisent des pertes importantes de matière. L'invention concerne un condensateur électrolytique à feuilles de faible impédance pour une grande plage de fréquences et de faible prix. Le condensateur électrolytique à feuilles selon l'invention comporte deux ou plusieurs tronçons aplatis et une âme constituée de deux plaques de métal séparées par une couche isolante. Les tronçons aplatis sont empilés de part et d'autre de l'âme et les bcrds des feuilles de ces tronçons sont partiellement déroulés. Un bord d'une feuille de chaque tronçon est relié à une plaque de l'âme et ltautre bord est relié à l'autre plaque. Les tronçons sont ainsi reliés en parallèle et deux parties de feuille suffisent pour chaque tronçon, alors que de nombreuses parties de feuille sont né cessairesdans les condensateurs antérieurs du type à feuilles débordantes. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexe a titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est une vue en perspective d'tù condensateur électrolytique à feuilles, représenté partiellement déroulé pour que les différentes couches soient visibles; la figure 2 est une vue en bout du tronçon de condensateur représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en bout du tronçon représenté sur la figure 2 et aplati; la figure 4 est une élévation d'un ensemble de tronçons aplatismontés sur une âme; et la figure 5 est une ue en bout, par le dessous, de l'ensemble représenté sur la figure 4. Le condensateur électrolytique à feuilles selon linven tion est réalisé classiquement par l'enroulement d'au moins deux feuilles de métal intercalées avec des couches diélectriques pour former des tronçons capacitifs. La figure représente l'un de ces tronçons 10. il comprend une feuille 12 d'aluminium pouvant être décapée ou non, assumant la fonction d'armature d'électrode et sur laquelle une couche 13 de papier est appliquée. Une seconde feuille 14 d'aluminium, assumant la fonction d'armature d'anode, est décapée et recouverte entièrement d'une pellicule d'oxyde. Elle et dispos 15 entre la couche 13 de papier et une seconde couche7de papier. Ces deux coucnes peuvent comprendre une ou plusieurs feuilles de papier, Le tro@çon enroulé @@ comporte done deax feuilles 12 et 14 d'aluminium espacées l'une de l'autre par les couches 13 et 15 de papier d'une largeur supérieure à celle des feuilles, de man@ére qu'elles empêchent tout claquage du condensateur dans les sones voisines des bords des feuilles et soumises à des tensions élevées. La figure 2 est une vue en bout du tronçon 10 de condensateur représenté sur la figure 1. Les feuilles 12 et 14 sont partiellement déroulées de manière que leurs extrémités soient orientées dans des sens opposés. Les extrémités des couches 13 et 15 de papier sont partiellement coupées. La figure 3 est une vue en bout d'un tronçon enroulé et aplat@ 20 réalisé à partir du tronçon enroulé 10 représenté sur la figure 2. Les extrémités des feuilles 12 et 14 sont orientées dans des sens opposés et les couches 13 et 15 assurent un espacement constant entre ces deux feuilles. La figure 4 représente un ensemble de quatre tronçons 20 (un seul étant visible) reliés à une âme. La figure 5 est une vue en bout, par le dessous, de l'ensenkle représenté sur la figure 4. L'âme eomprend deux plaques 32 et 34 de métal séparées et liées par une couche mince et isolante 33. Les dimensions des éléments représentés sur le dessin sont exagérées dans un souci de elarté. Une bande 35 relie deux tronçons 20 empilés sur un côté de l'âme. Deux au@res tronçons 20 sont empilés sur l'autre côté de l'âme. Les extrém@tés de la feuille assumant la fonction d'armature de catl@de sont soudées à un prolongement de la plaque 32 alors que les extrémités de la feuille assumant la fonction d'a@ode s@@t soudées à un prol@@gement de la plaque 34. Ces s@udur@s p@rte@t les références 36 et 38, respectivement. Les faces sup@r@eures des plaques 32 et 34 (figure 4) sont connectées à les @ornes @@@@ représen@ées). L'ensem@le représenté sur la figure @ est inprégné d'un électrolyte classique et monté da@@ un bo@t@er d'alum@@lum (non représenté). hien que les f@ @@f@ représe@ en@ un conde@sateur à quatre tr@nçons, il est évident que le condensateur selon l'invention peut com porter deux tronçons ou plus. Le condensateur représenté sur les figures 1 à 5 peut également comporter des feuilles d'aluminium décapées et dont les surfaces sont totalement recouvertes d'une pellicule d'oxyde. Les extrémités de ces deux feuilles sont égaiement reliées aux deux plaques de l'âme, de manière que tous les tronçons capacitifs soient reliés électriquement en parallèle à cette âme. Ces tronçons sont alors du type non polarisé, de meme que l'ensemble. Plusieurs condensateurs sont réalises suivant le premier procédé décrit. Certains d'entre eux comportent six tronçons, d'autres huit tronçons et d'autres/dix tronçons. Tous ces condensateurs d'essa ont une capacité de 90 000 microfarads,é 20 , près, et sont conçus pour une tension minimale et continue de 5 volts. Les feuilles 12 et 14 d'aluminium, assumant les fonctions d'anode et de cathode, sont décapées et présentent une épaisseur d'environ 15 mm. Les couches isolantes 13 et 15 sont en papier Kraft de 0,050 mm d'épaisseur, généralement utilisé dans les condensateurs électrolytiques. La bande 35 (réalisée par la firme Minnesota Mining and Manufacturing Co sous la référence n 5), destinée à la fixation des tronçons, est en "MYLAR" (marque déposée par la firme DuPont de Nemours pour le téréphtalate de polyéthylène) et présente une épaisseur de 0,063 mm. La couche isolante 33 de l'âme, d'une épaisseur de 0,125 mm, est en "MYLAR", alors que les plaques 32 et 34 sont en aluminium et présentent une épaisseur de 1 ,52 mm. Les extrémités des feuilles sont sodées classiquement sous gaz inerte, à l'aide d'électrodes de tungstènee. L'électrolyte est le trifluoracétate d'éthénolamine. Des essais électriques ont été effectués sur ces condensateurs et sur un groupe de condensateurs de contrôle comportant des feuilles classiques débordantes et encochées, fixées à une âme. Tous ces condensateurs sont de même capacité et de même tension d'utilisation. Les mesures on porté sur la capacité (cap.), la résistance équivalente en série (RE3), le courant continu de chute (CCF), l'inductance efficace en série (LES) et l'impédance (Z) à diverses fréquences.Le tableau suivant contient les résultats obtenus à l'aide des condensateurs de contrôle et d'un groupe de condensateurs d'essai a six tronçons. TABLEAU I Condensateurs Condensateurs de d'essai à six contrôle troncons Cap ( Fd) 81 120 82 710 RES (ohms) 0,00105 0,0022 CCF ( A) 292 258 LES (nh) 1,07 2,14 Z (ohms) à 100 Hz 20,0 19,5 à 1 kHz 2,2 2,8 à 10 kHz 0,6 1,5 à 100 kHz 1,2 2,9 à 1 MHz 5,9 8,9 Le tableau II suivant permet de comparer les résultats obtenus avec des groupes de condensateurs comportant des nombres différents de tronçons, mais présentant la même surface anodique efficace. TABLEAR II 6 8 10 tronçons tronçons tronçons Cap ( Fd) 104 440 101 550 106 590 RES (ohms) 0,0023 0,0016 0,0013 CCF ( A) 370 378 360 LES (@@) 1,74 1,67 1,57 Z (ohms) à 100 Hz 15,4 16,2 15,3 à 1 kHz 2,4 2,2 1,9 à 1G kHz 1,5 1,2 1,0 à 100 kHz 3,3 2,6 2,5 à 1 Hz 8,9 8,6 8,1 Lorsque le nombre de tronçons augmente, la résistance équivalente en série (RES) et l'impédance b aux fréquences élevées diminuent. Cette caractéristique n'est pas étonnante, car il est connu que dans les tronçons enroulés et connectés par leurs extrémités, la résistance équivalente en série augmente avec la longueur des feuilles, car la résistance de ces dernières entre an grande partie dans la résistance équivalente en série.Il est également connu que dans le cas d'un tronçon enroulé connecté par les extrémités des feuilles et relié classiquement à des pattes, l'inductance efficace en série augmente avec le nombre de spires . Par conséquent, la capacité de la première spire extérieure détermine de manière prédominante l'impédance du tronçon aux fréquences élevées. Principalement pour les raisons mentionnées ci-dessus, un tronçon enroulé est généralement connecté par plusieurs pattes serties ou par des organes de connexion situés aux bords de la feuille ou de l'armature, tels que les parties débordantes de ces feuilles, pour diminuer influence de l'inductance efficace en série (LES) et de la résistance (RES) sui vant la longueur de la feuille et le nombre de spires. Par conséquent, les tronçons enroulés connectés par leurs extré- mités ne sont presque plus utilisés. Les résultats présentés confirment les caractéristiques mentionnées précédemnent. Cependant, l'lmpédance Z et la rasis- tance RES des quatre groupes expérimentaux de condensateurs dont les tronçons sont connectés par leurs extrémités présentent des valeurs étonna'nent proches de celles des condensateurs de contrôle. Ces derniers comportent trois cent douze connexions réalisées par les feuilles débordantes alors que les condensateurs espérimentaux à dix tronçons ne comportent que vingt connexions réalisées par les extrémités des feuilles. il apparaît donc que l'association de l'âme et des tronçons connectés par leurs extrémités permet de réaliser des connexions très efficaces. De plus, le condensateur selon l'invention permet de réduire ou d'éliminer les pertes de feuilles. Il est très simple et son prix de fabrication est très inférieur à celui des condensateurs classiques. Il va de s@i que de nombreuses modifications peuvent être apportées au condensa@eur déerit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Condensateur électrolytique à feuilles, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux tronçons capacitifs enroulés, partiellement déroulés et aplatis, et une âme comprenant deux plaques de métal séparées par une couche isolante, les tronçons aplatis étant empilés sur ladite âme de manière qu'une extrémité d'une première feuille de chaque tronçon soit reliée à une première desdites plaques et qu'une extrémité d'une seconde feuille de chaque tronçon soit reliée à une seconde plaque afin que les deux tronçons capacitifs soient montés électriquement an parallèle. 2. Condensateur selon la revendication , caractérisé en ce qu'une première des feuilles de chaque tronçon est entièrement recouverue d'une pellicule d'oxyde et assume la fonction d'armature d'anode, une autre des feuilles de chaque tronçon assumant la fonction d'armature de cathode, les feuilles assumant la fonctIon d'armature d'anode comportant chacune une première extrémité et les feuilles assumant la fonction d'armature de cathode comportait chacune titie seconde extrémité afin que le condensateur soit du type polarisé. 3. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que toutes les feuilles de chaque tronçon sont recouvertes entièrement d'une pellicule d'oxyde de manière que le condensateur soit du type non polarisé. 4. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fixation des extrémités des feuilles aux plaques d'électrodes de de métal est réalisée par soudage sous gaz à laide tungstène. 5. Condensateur selon la revendication 1, caracterisé en ce que les tronçons sont enroulés avec des ccuc'les d'espacement plus larges que les feuilles et dépassant des bords de ces dernières.