Brevet FR2513805A1 — publié le 19830401

CONDENSATEUR ELECTROLYTIQUE COMPORTANT UNE PIECE DE FIXATION ELASTIQUE POUR MAINTENIR L'ARMATURE INTERNE La présente invention concerne un condensateur électrolytique comportant une enveloppe tubulaire, un électrolyte constituant avec l'enveloppe tubulaire l'armature externe, une armature interne disposée contre une ou plusieurs pièce de fixation placée à l'intérieur de l'enveloppe tubulaire et maintenue par déformation élastique de la pièce de fixation, une couche diélectrique déposée sur l'armature interne. L'enveloppe tubulaire est conductrice d'électricité et contient tous les éléments constitutifs du condensateur électrolytique. Elle est généralement cylindrique. Elle forme avec l'électrolyte, liquide conducteur d'électricité, L'armature externe du condensateur. L'armature interne est un bloc métallique, isolé de l'enveloppe tubulaire et maintenu dans celle-ci par la pièce de fixation. Une couche isolante mince est placée entre le bloc métallique et l'électrolyte constituant ainsi le diélectrique du condensateur. L'obtention d'une capacité électrique élevée sous un petit volume a conduit à rechercher une surface d'armatures maximale et une épaisseur de diélectrique minimale, ce qui est réalisé, suivant une technique connue, en adoptant, d'une part, pour l'armature interne un bloc solide moulé de poudre métallique, conduisant à une très grande surface développée en comparaison du volume occupé, I'adhérence mutuelle des grains étant le plus souvent obtenue par une méthode dite de frittage; et d'autre part, en adoptant pour le diélectrique, une couche isolante mince déposée sur les grains et obtenue par oxydation superficielle de ceux-ci. Une couche diélectrique de cette nature a une épaisseur comprise entre une centaine d'angstroems et quelques milliers d'angstroems, aussi elle est mal heureusement dotée d'une faible résistance mécanique à l'abrasion. Or, un maintien rigide de l'armature interne n'évite pas de légers déplacements de l'armature interne par rapport à l'enveloppe tubulaire, déplacements qui provoquent, alors, par frotternents un amin crissement progressif de la couche diélectrique et entrainent finalement un court-circuit entre les armatures et la destruction du condensateur. Aussi, la pièce de fixation se déforme élastiquement pour maintenir l'armature interne et amortir les chocs. Il a déjà été proposé dans le brevet français 2 177 633 de réaliser la pièce de fixation en polytétrafluoréthylène (commercialisé sous le non de téflon) qui est un matériau souple et isolant électrique. Toutefois, un tel condensateur électrolytique ne peut être soumis à des contraintes d'accélération importantes et il en résulte un grave inconvénient dans les applications où les conditions de fonctionnement cornportent des vibrations ou des chocs. Pour ces valeurs de contrainte d'accélération importantes, le matériau de la pièce de fixation ne joue plus son rôle élastique et la couche diélectrique subit une abrasion qui entraine la détérioration des performances du condensateur électrolytique et en particulier la tenue en tension du condensateur est amoindrie. La présente invention permet d'éviter cet inconvénient, dans ce but, elle est caractérisée en ce que la pièce de fixation est en un matériau choisi parmi les copolymères de fluorovinylidène et d'hexafluoropropylène ou les copolymères de tétrafluoréthylène et de perfluorométhylvinyléther. Le copolymère de fluorovinylidène contient, de préférence, 65% en poids de fluor. On a, en effet, constate de manière surprenante qu'il était possible d'appliquer aux condensateurs électrolytiques munis de la pièce de fixation constituée avec de tels matériaux, des contraintes d'accélération nettement plus importantes puisque des contraintes 200 fois plus grandes que les contraintes maxima appliquées aux condensateurs électrolytiques selon l'art antérieur, n'endommagent pas le condensateur selon l'invention. Il est à noter que la valeur maximale de la pression de serrage dépend de la cohésion des grains de la poudre de base du métal fritté constituant l'armature interne et est donc variable selon la nature et les conditions mécano-thermiques d'utilisation de la poudre. La pression maximale dépend en particulier du choix des grandeurs géométriques adoptées et essentiellement des valeurs relatives des diamètres des parties en contact. A titre d'exemple, pour une poudre connue moyennement capacitive (c'est-à-dire d'environ 7000 uFV/ gramme), on appliquera une pression de serrage sur l'armature interne de l'ordre de 20 à 30 kg/cm2. Aussi, il est nécessaire que la pièce de fixation ait d'excellentes qualités d'élasticité afin que des fortes contraintes d'accélération ne modifient pas notablement la pression de serrage. De plus, les copolymères de fluorovinylidène et d'hexafluoropropylène et les copolymères de tétrafluoréthylène et de perfluorométhylvinyléther conservent leurs propriétés d'élasticité dans une large gamme de température comprise entre - 200C et environ 2000C. Le copolymère de fluorovinylidène et d'hexafluoropropylène garde ses propriétés d'élasticité jusqu'à - 230C et est utilisable sans limitation de temps à 2040C et pendant 1000 heures jusqu'à 2600C. Enfin, la pièce de fixation réalisée selon l'invention est résistante à l'acide sulfurique concentré qui est un fort corrodant du fait de son groupement SO4 d'une part et de son groupement acide H2 d'autre part, ce qui lui permet de ne pas être attaqué par un électrolyte en acide sulfurique. La pièce de fixation est, de préférence, placée sous la face inférieure de l'armature interne coopérant avec au moins un disque isolant placé sur la face supérieure de l'armature interne pour maintenir l'armature interne. Dans un autre mode préférentiel de réalisation, au moins une pièce de fixation supérieure est placée sur la face supérieure de L'armature interne tandis qu'une pièce de fixation inférieure est placée sous la face inférieure de l'armature interne, coopérant avec au moins un disque isolant placé sur la pièce de fixation supérieure pour maintenir l'armature interne. Le condensateur électrolytique selon l'invention est, préférentiellement, réalisé avec des pièces de fixation dont l'épaisseur totale est supérieure à 1,5 mm. On entend par épaisseur totale des pièces de fixation, la somme des épaisseurs de chacune des pièces de fixation, épaisseurs qui sont mesurées parallèlement à l'axe du cylindre formé par l'enveloppe tubulaire, c'est-à-dire dans la direction où s'exerce la force de maintien de l'armature interne. En effet, on constate qu'une pièce de fixation en matériau selon l'invention permet d'appliquer des contraintes d'accélération environ 300 fois plus grandes que dans l'art antérieur si elle a une épaisseur supérieure à 1,5 mm. De plus, cette épaisseur représente un encombrement acceptable dans la structure du condensateur. On détermine l'abrasion de la couche diélectrique en appliquant, tout d'abord, une tension au condensateur électrolytique appelée tension chargée puis en lui faisant subir une accélération donnée et enfin en mesurant la tension restant après qu'il ait subi cette accélération. Le rapport tension chargée sur tension restante est la grandeur d'évaluation de la détérioration du condensateur électrolytique. Les essais ont été effectués à température ambiante (environ 150C) sur un condensateur électrolytique dont l'armature interne était du tantale fritté de densité comprise entre 6,5 et 6,7 d'une part avec une pièce de fixation en polytétrafluoréthylène (téflon) d'épaisseur 0,5 mm et d'autre part avec une pièce de fixation en un copolymère de fluorovinylidène et d > hexafluoro- propylène d'épaisseur 1,5 mm. Dans le premier cas, pour une accélération égale à 60 fois l'accélération de la pesanteur (que l'on notera g dans toute la suite de l'exposé) le rapport tension restante sur tension chargée èst supérieur à 98%; à 11000 g, ledit rapport oscille suivant les condensateurs testés entre 83% et 93% et entre 16000 g et 18000 g, ledit rapport oscille entre 36% et 61% si l'accélération a été appliquée perpendiculairement à l'axe du cylindre et oscille entre 9,5% et 27% si l'accélération a été appliquée parallèlement à l'axe du cylindre.Dans le cas de l'invention, pour une accélération cornprise entre 16000 g et 18000 g, ledit rapport est toujours supérieur à 9996, c'est-à-dire que dans le premier cas, le condensateur électrolytique est difficilement utilisable dès que l'accélération dépasse 60g tandis que dans le cas de l'invention, il est possible d'appliquer des contraintes d'accélération atteignant 20000 g ou 22000 g sans altérer le fonctionnement du condensateur. La figure représente un exernple de réalisation d'un condensateur électrolytique selon l'invention. Il comporte d'une part une enveloppe métallique conductrice (1) munie d'un fil de connexion (2), enveloppe servant de réservoir pour un liquide conducteur (3) constituant en coopération avec elle, une des armatures du condensateur et d'autre part une armature interne (4) munie sur sa face supérieure (13) d'un fil de connexion (5) la reliant électriquement à l'extérieur de l'enveloppe tubulaire (1). L'armature interne est constituée, comme le montre la figure en coupe partielle, de grains (9) d'un métal, qui, dans l'exemple donné est du tantale, agglomérés entre eux par le procédé du "frittage", pour constituer un bloc solide conducteur à grande surface développée. Ces grains, partout où ils ne sont pas en contact entre eux, sont recouverts d'une couche mince d'oxyde de tantale 15 TaO , isolant constituant le diélectrique du condensateur; ils sont représentés très grossis. Une pièce de fixation creuse (8) est placée sous la face inférieure (14) de l'armature interne (4) et des disques isolants (6, 7) sont placés sur la face supérieure (13) de l'armature interne, entourant le fil de connexion (5). Une pression de serrage est exercée sur la pièce (8) et l'armature (4) après introduction de l'une dans l'autre par compression de la section circulaire inférieure (15) de l'enveloppe (I) selon une gorge (12) déterminant sur la paroi interne (16) de la section circulaire (15) un bourrelet en saillie. La pression s'exerce, ainsi depuis la section circulaire (15) de l'enve- loppe (1) sur les disques isolants (6, 7) maintenus de haut en bas par un retournement (17) de l'enveloppe (1). Ces disques isolants (6, 7) tiennent lieu de section circulaire supérieure de l'enveloppe (1) et assurent l'étanchéité de l'enveloppe (1) vis-à-vis de l'électrolyte (3). I1 est à noter que la gorge (12) peut être réalisée selon un contour annulaire sur la section circulaire inférieure (15) ou par déformation centrale de la section circulaire (15). La pièce de fixation (8) a une épaisseur de 1,5 mm et est réalisée en copolymère de fluorovinylidène et d'hexafluoropropylène afin que le condensateur électrolytique puisse supporter des accélérations de 20000 g. Cette épaisseur de 1,5 mm a également l'avantage de représenter un encombrernent relativement faible par rapport à la taille du condensateur électrolytique. REVENDICATIONS 1. Condensateur électrolytique comportant une enveloppe tubulaire (1), un électrolyte (3) constituant avec l'enveloppe tubulaire (1) L'armature externe, une armature interne (4) disposée contre une ou plusieurs pièce de fixation (8) placée à l'intérieur de l'enveloppe (1), cette armature interne étant maintenue par déformation élastique de la pièce de fixation (8), une couche diélectrique déposée sur l'armature interne (4) caractérisé en ce que la pièce de fixation (8) est en un matériau choisi parmi les copolymères de fluorovinylidène et d'hexafluoropropylène ou les copolymères de tétrafluoréthylène et de perfluorométhylvinyléther. 2. Condensateur électrolytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que une pièce de fixation (8) est placée sous la face inférieure (14) de l'armature interne (4) coopérant avec au moins un disque isolant (6, 7) sur la face supérieure (13) de l'armature interne (4) pour maintenir l'armature interne (4) dans l'enveloppe tubulaire. 3. Condensateur électrolytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une pièce de fixation supérieure est placée sur la face supérieure (13) de l'armature interne (4) tandis qu'au moins une pièce de fixation inférieure est placée sous la face inférieure (14) de l'armature interne (4), coopérant avec au moins un disque isolant (6, 7) placé sur la pièce de fixation supérieure pour maintenir l'armature interne (4). 4. Condensateur électrolytique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pièces de fixation (8) ont une épaisseur totale supérieure à 1,5 mm.