Brevet FR2251897A1 — publié le 19750613

La présente invention concerne un condensateur à armatures et diélectriques bobinés en rouleaux aplatis et rangés en paquets dans une cuve metallique parallélépipédique, les armatures étant débor danses par rapport aux diélectriques, et des éléments de prise de contact étant appliqués, par pression élastique, respectivement sur les deux tranches d'armatures débordantes en prenant appui, d'une part sur le fond de ladite cuve, d'autre part sur un couvercle assurant la fermeture de cette dernière par une jonction étanche aux bords de ladite cuve. Certains condensateurs sont destinés à libérer des énergies très élevées en des temps très courts. Le courant de décharge de ces condensateurs doit atteindre son maximura dans un temps minimal et pour cela il faut que l'inductance équivalente totale du circuit de décharge soit minimale. Cette inductance comprend notamment l'inductanee équivalente des armatures, de leurs connexions et des bornes du condensateur. Dans le cas où les armatures et les diélec- triques sont bobinés en rouleaux aplatis, la technique dite à armatures centrées permet d'obtenir des inductances très faibles, mais pour des raisons de cout, la technique dite à armatures débordantes permettant en outre des intensités de crete beaucoup plus élevées lui est souvent préférée.Les rouleaux apl-atis sont assemblés en paquets mis dans un boîtier et la liaison électrique aux bornes du condensateur est réalisée au moyen d'éléments de contact appliqués par pression élastique sur les tranches des rouleaux La pression est obtenue au moyen de ressorts prenant appui, soit sur le fond de la cuve du boîtier dans lequel sont rangés les rouleaux, soit sur un couvercle venant fermer la cuve, de façon étanche, le plus souvent. Un condensateur de ce type est decrit-par exemple dans le brevet américain 3 024 393; ce condensateur est muni d'une borne de type coaxiale dite assiette- et ltune des deux électrodes de cette borne est reliée à un des deux éléments de contact par la cuve métallique du boîtier. Mais l'inductance de la borne de type assiette et des conducteurs de connexions intérieure et extérieure qu'elle nécessite, est relativement élevée. Il en est de meme quant à la résistance- série et à l'impédance caractéristique. Cet inconvénient est particulièrement préjudiciable dans le cas où plusieurs condensateurs de ce type sont assemblés en batterie et nécessitent de ce fait un ensemble important de conducteurs de liaison, les conséquences des ruptures d'impédance sont alors -impotantes. La présente invention a principalement pour but de remédier aux inconvénients du type de condensateurs connus qui est mentionné ci-dessus, et de fournir des condensateurs à inductance propre équivalente minimale, et à résistance série très faible, susceptibles d'être assemblés en batterie dans de bonnes conditions et en particulier en conservant à l'ensemble une faible inductance équivalente. Un autre but de l'invention est de permettre le raccordement d'un condensateur à armatures débordantes et diélectriques bobinés en rouleaux aplatis et assemblés dans un boîtier, à des circuits de charge et de décharge réalisés en lignes plates à très faible impédance caractéristique. Il s'avère en effet que si les ruptures d'impédance sont réduites, une structure de bornes de raccordement à des lignes plates à faible impédance caractéristique, permet d'obtenir des condensateurs ou des batteries de condensateurs d'inductance équivalente beaucoup plus faible qu'une structure de bornes assiettes de raccordement à des lignes coaxiales. Selon l'invention, le condensateur à armatures et diélectriques bobinés en rouleaux aplatis et rangés en paquets dans une cuve métallique parallélépipédique, les armatures étant débordantes par rapport aux diélectriques, et des éléments de prise de contact étant appliqués, par pression élastique, respectivement sur les deux tranches d'armatures débordantes en prenant appui, d'une part sur le fond de ladite cuve, d'autre part sur un couvercle assurant une fermeture de cette dernière par une jonction étanche à ses bords, est remarquable principalement en ce que ledit couvercle est constitué par un corps de matériau isolant, comportant une ossature métallique continue dont la partie centrale est en contact avec un élément de prise de contact, et dont la bordure est munie de barrettes de connexion à des lignes plates, les bords de ladite cuve étant également-munis de barrettes identiques, parallèles aux précédentes et isolées de ces dernières par des prolongements dudit corps. Dans le condensateur selon l'invention, les liaisons entre d'une part les éléments de -prise de contact pressés contre les armatures, d'autre part les barrettes de connexion aux lignes plates, sont directes, soit par le canal de l'ossature métallique du c couvercle, soit par le canal de la cuve. Le couvercle avec son ossature métallique, fixé sur la cuve, constitue un ensemble rigide qui possède de bonnes qualités mécaniques face aux efforts électrodynamiques provoqués par les forts courants de décharge. Les pièces constituant le couvercle et les liaisons électriques sont peu nombreuses et peuvent être simples, peu coûteuses et faciles à mettre en oeuvre. L'ossature du couvercle et la cuve peuvent etre munies de barrettes de connexion sur un, deux, trois ou quatre côtés. Avantageusement, la cuve et le couvercle sont munis de barrettes de connexion sur deux côtés opposés, de préference les côtés les plus longs si le couvercle est de forme rectangulaire; on sait en effet que l'inductance de lignes plates est proportionnelle à leur longueur, à l'écartement entre les conducteurs plats qui les constituent mais inversement proportionnelle à leur largeur. Cette disposition des barrettes sur deux grands côtés opposés permet de brancher d'un côté un dispositif de charge, de l'autre côte un circuit de décharge avec un minimum de ruptures d'impédance. Dans le cas de batteries de condensateurs, les conséquences de ruptures d'impédance sont beaucoup moins importantes qu'avec des liaisons coaxiales sur des bornes assiettes. Dans une forme de réalisation préférentielle, le couvercle est formé d'un-corps en matiere isolante thermodurcissable mouléesur une ossature constituee d'une plaque métallique préalablement mise en forme. Avantageusement, les éléments de prise de contact sont cons titués par des plaquettes comportant des nervures orientées vers les armatures débordantes, les nervures, contondantes, améliorant le contact avec ces armatures en diminuant la surface de pression. De préférence les nervures sont orientées perpendiculairement aux plans des rouleaux aplatis. La pression élastique sur les éléments de prise de contact est exercée au moyen de ressorts qui peuvent etre situés soit entre- un élément de prise de contact et le fond de la cuve soit entre un élément de prise de contact et le couvercle.Dans les deux cas, les ressorts peuvent etre ou non conducteurs et réaliser une liaison électrique entre les éléments de prise de contact d'une part, la cuve ou le couvercle d'autre part. De préférence, les ressorts sont placés entre ltelement de prise de contact inférieur et le fond de la cuve, et une feuille métallique pliée est soudée d'une part cet élément de prise de contact, d'autre part au fond de cuve, lte- lément de prise de contact supérieur étant lui-même soudé directement a l'ossature métallique du couvercle. Les éléments de prise de contact peuvent être en partie déformables et élastiques par eux-mêmes, au moins en ce qui concerne une des deux tranches des rouleaux. Ils sont par exemple constitués de lames métalliques préformées. La fixation du couvercle sur la cuve doit être étanche si l'on veut réaliser un condensateur qui puisse être imprégné avec des imprégnants diélectriques liquides. Avantageusement, le couvercle est fixé par vis, avec interposition d'un joint d'étanchéité, par exemple un joint de forme torique. Bien qu'il soit spécifié que la cuve est métallique, il va de soi que l'on peut recouvrir la cuve métallique avec un matériau isolant lui donnant les avantages d'une cuve isolante et permettant ainsi de rendre les deux électrodes du condensateur indépendantes des masses. L'invention est applicable aux condensateurs à armatures et diélectriques bobinés en rouleaux aplatis, à armatures débordantes et en particulier aux condensateurs de décharge, tels que les condensateurs destinés aux essais de tenue de certains matériaux et les condensateurs utilisés en physique de haute énergie. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe, parallèle au plan des rouleaux aplatis, d'un condensateur selon l'invention. La figure 2 est une coupe du même condensateur, selon la ligne AA de la figure 1. La figure 3 est une coupe avec vue en perspective d'un condensateur, selon une autre forme de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue en perspective d'un ensemble de condensateurs selon l'invention. Les armatures et diélectriques du condensateur représenté sur les figures 1 et 2 sont bobinés en plusieurs rouleaux aplatis 14, les armatures débordant des diélectriques d'un côté en 15, de l'autre côté en 16. Sur les tranches des rouleaux sont placées, de part et d'autre, des plaquettes métalliques 12 et 17, dont les nervures telles que 13, 18 permettent une bonne prise de contact sur les armatures lorsqu'une pression suffisante est appliquée. Les rouleaux 14 sont placés dans une cuve 1 formée d'une virole et d'un fond2, soudés de façon étanche en 27. La bordure supérieure de la cuve est munie de barrettes 6 sur deux côtés opposes. La plaquette de fond 17, formant élément de prise de contact, quatre est posée sur une plaque plane 24, elle-même solidaire de / ressorts à lame 20 qui s'arcboutent sur une plaque plane 25 munie de languettes d'arrêt 22. Le fond de cuve 2 comporte une ouverture oblongue 26 par laquelle peut être atteint un feuillard 19 soudé d'une part à la plaquette 17 et soudé d'autre part au fond de cuve 2 après remplissage de la cuve de liquide d'imprégnation Un couvercle de cuve 3 en matériau isolant comporte une ossature 4 constituée d'un plan métallique embouti, en partie noyé dans le matériau isolant, dont la partie centrale 10 est en contact avec la plaquette supérieure 12 formant élément de prise de contact, et dont les bords 23 sont munis, sur les deux côtés correspondant aux barrettes 6, de barrettes identiques 5, isolées des barrettes 6 par des prolongements 7 du corps du couvercle 3. Le couvercle 3 peut etre réalisé par moulage et dans ce cas, des trous 11 sont prévus dans l'ossature 4 pour la répartition du produit de moulage. Le couvercle est fixé sur la cuve au moyen de vis 8 et d'écrous 9, ces derniers solidaires de la bordure'de la cuve. Un joint torique 21 est interposé entre la bordure de cuve et le prolongement 7 du corps de couvercle. Les ressorts 20 sont prévus pour que, après fixation du couvercle 3 sur la cuve 1, la pression qu'ils exercent soit suffisante pour avoir un bon contact entre les plaques 12 et 17 d'une part, et les armatures 15 et 16 d'autre part et pour obtenir simultanément le maintien en place des rouleaux 14, ceux-ci étant également calés au moyen de feuilles (non représentées) de matériau isolant tapissant l'intérieur de la cuve 1. Selon une variante de réalisation du condensateur qui vient d'être décrit, les ressorts à lame 20 sont remplacés par des ressorts faits d'un empilage de rondelles Belleville maintenues dans une gaine thermorétractable. Le condensateur représenté sur la figure 3 comprend plusieurs rouleaux aplatis 32, à armatures débordantes, rangés dans une cuve métallique 31. Les armatures prennent contact d'une part sur la cuve, dans le fond de celle-ci (non représenté) par l'intermédiaire d'un élément de contact, par exemple une plaque identique aux plaques 12 ou 17 du condensateur de la figure 1. Les autres armatures prennent contact par la tranche des rouleaux en 33, sur des éléments de prise de contact 34 et 42 faisant en même temps fonction de ressorts de pression. Ces éléments dont une extrêmité contondante s'applique sur la tranche 33 s'appuient d'autre part sur la partie centrale d'une ossature de couvercle 35 dont les bordures reçoivent des barrettes de connexion 39. Le corps de couvercle peut être formé de plaques isolantes 36, 37, 38 ou bien ce corps de couvercle est moulé, des trous 41 de répartition du produit de moulage étant prévus dans l'ossature 35. Les bords de la cuve 31 sont munis d'un profilé en équerre 40 sur lequel sont fixées des barrettes de connexion 43, isolées des barrettes 39 par les prolongements du corps isolant 37. Le profilé 40 est soudé sur la virole de la cuve 31 et il pénètre dans le corps du couvercle assurant ainsi une jonction étanche. Lorsque plusieurs condensateurs sont assemblés en parallèle en vue d'emmagasiner et de libérer de très grandes énergies, il est avantageux de les monter comme indiqué sur la figure 4. Les différents condensateurs 51, conformes à la description donnée en regard des figures 1 et 2 par exemple, sont fixés par les barrettes de connexion à une ligne plate constituée d'une plaque diélectrique 52, recouverte de part et d'autre d'une feuille métallique 53, présentant des ouvertures aux dimensions des cuves de condensateurs. Les feuilles 53, au bord des ouvertures sont repliées en équerre, d'un côté en 55, de l'autre côté en 56, pour la fixation des bar retors de connexion telles que les barrettes 54 solidaires des couvercles 57. - REVENDICATIONS 1.- Condensateur à armatures et diélectriques bobinés en rouleaux aplatis et rangés en paquets dans une cuve métallique paràl- lelépipédique, les armatures étant débordantes par rapport aux diélectriques et des éléments de prise de contact étant appliqués, par pression élastique, respectivement sur les deux tranches d'ar- matures débordantes en prenant appui, d'une part sur le fond de ladite cuve, d'autre part sur un couvercle assurant la fermeture de cette dernière par une jonction étanche aux bords de ladite cuve, caractérisé en ce que ledit couvercle est constitué par un corps de matériau isolant, comportant une ossature métallique continue dont la partie centrale est en contact avec un élément de prise de contact, et dont la bordure est munie de barrettes de connexion à des lignes plates, les bords de ladite cuve étant également munis de barrettes identiques, parallèles aux précédentes et isolées de ces dernières par des prolongements dudit corps. 2.- Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve et l'ossature du couvercle sont munies de barrettes de connexion sur deux côtés opposés. 3.- Condensateur selon la revendication 2, dont le couvercle est de forme rectangulaire, caractérisé en ce que la cuve et l'os- sature du couvercle sont munies de barrettes de connexion sur les deux côtés opposés-les plus longs. 4.- Condensateur selon l'une des revendications 1 à 3, carac térisé en ce que le corps du couvercle est réalise en matière thermodurcissable moulée sur une plaque métallique préformée. 5.- Condensateur selon l'une des revendications 1 à 4, carac térisé en ce que les éléments de prise de contact sont des plaquettes planes comportant des nervuresoentondantes vers les armatures débordantes et orientées perpendiculairement aux plans des rouleaux aplatis. 6.- Condensateur selon l'une des revendications 1 à i carac térisé en ce que la pression élastique est obténue au moyen de ressorts de pression placés entre un élément de prise de contact et le fond de la cuve, une liaison électrique étant réalisée au moyen d'un feuillard métallique soudé, d'une part sur ledit élément de prise de contact, d'autre part sur le fond de la cuve. 7.- Condensateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pression élastique est obtenue au moyen de ressorts de pression placés entre un élément de prise de contact et le couvercle, la liaison électrique entre ledit élément de prise de contact et le couvercle étant réalisée par lesdits ressorts de pression. 8.- Condensateur selon l'une des revendications 1 à 7, carac térisé en ce que le couvercle est fixé sur la cuve au moyen de vis de serrage, avec interposition d'un joint d'étanchéité.