Brevet FR2522876A1 — publié le 19830909

SOLENOIDE DE FOCALISATION, APPLICATION ET PROCEDE DE FABRICATION DE CE SOLENOIDE. La présente invention concerne un solénoïde de focalisation. Elle concerne également l'application et un procédé de fabrication de ce solénoïde. La présente invention se rapporte au domaine de la focali- sation d'un faisceau d'électrons dans un tube électronique Dans un tube électronique, il est connu de prévoir un dispositif de focali- sation ayant pour fonction de s'opposer à la divergence naturelle des électrons du faisceau Ce dispositif crée souvent un champ magné- tique dirigé selon l'axe du tube et provoquant la rotation autour de cet axe des électrons divergents Dans certaines applications, les exigences de concentration du faisceau sont particulièrement rigou- reuses C'est le cas, par exemple, des tubes électroniques destinés à la prise de vue, des microscopes électroniques et des tubes élec- troniques hyperfréquences. Dans les tubes de prise de vue, il est connu d'utiliser pour focaliser le faisceau un solénoïde, disposé autour du tube, et constitué par un fil métallique isolé, en cuivre émaillé par exemple, qui est enroulé en forme d'hélice autour d'un manchon isolant, en verre époxy par exemple Les spires de l'hélice sont jointives et le solénoïde comporte plusieurs couches de fil superposées, ayant un même sens d'enroulement autour du manchon. Ainsi par exemple, sur un manchon de 3 cm de diamètre et de 8 cm de long, on superpose 20 couches de 300 spires chacune en utilisant un fil de 25/100 e de mm de diamètre. Le fil est bobiné sur le manchon en utilisant un tour comportant un guidefil et l'arrangement des spires est contrôlé à la main Après avoir bobiné une couche, on bobine par-dessus la couche suivante, sans couper le fil, mais en inversant l'inclinaison des spires sur l'axe Ainsi, le sens d'enroulement du fil autour du manchon est toujours le même et le courant circule toujours dans le même sens ce qui permet d'obtenir, en première approximation, un champ magnétique uniforme parallèle à l'axe Deux flasques fixés aux extrémités du manchon maintiennent les couches de fil en place. Le problème qui se pose est que le type de solénoïde de focalisation qui vient d'être décrit donne de mauvaises carac- téristiques au tube de prise de vue auquel il est associé. Ainsi, ce solénoïde provoque une déflexion parasite de l'image qui se traduit par un "décadrage" Il provoque aussi une erreur d'orthogonalité Le retour rapide du faisceau commandé par les bobines de déflexion constitue un parasite qui est transmis sur la cible par le solénoïde de focalisation ce qui perturbe le signal vidéo. Enfin, on observe que le taux de modulation varie d'un solénoïde à l'autre,et on observe aussi un manque d'homogénéité de résolution du tube. La présente invention concerne un nouveau solénoïde de focalisation qui supprime les défauts dus aux solénoïdes de focali- sation connus Ce nouveau solénoïde présente aussi l'intérêt d'être de fabrication plus facile. La présente invention concerne un solénoïde de focalisation dont le manchon, autour duquel le fil est enroulé en forme d'hélice, porte une gravure hélicoïdale dans laquelle sont logées les spires de la première couche de fil. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: la figure 1, un schéma illustrant la constitution d'un solénoïde de focalisation selon l'art antérieur; les figures 2 et 3, des schémas illustrant la constitution d'un solénoïde de focalisation selon l'invention; les figures 4 a et b, des vues en coupe illustrant le position- nement des différentes couches de fil, respectivement, dans un solénoïde selon l'invention et dans un solénoïde selon l'art antérieur; les figures 5 et 9, deux vues en coupe longitudinale de deux modes de réalisation d'un solénoïde selon l'invention; les figures 6 et 10, deux schémas montrant comment sont réalisées les connexions entre les couches pour les modes de réalisation des figures 5 et 9; la figure 7, deux schémas illustrant le procédé de fabrication d'un solénoïde selon l'invention; la figure 8, une vue en coupe d'un manchon démontable. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. La figure 1 illustre, de façon schématique, la constitution d'un solénoïde de focalisation selon l'art antérieur. Ce solénoïde est obtenu en enroulant un fil métallique isolé 1 sur un manchon cylindrique isolant qui n'est pas représenté sur la figure. Le fil est enroulé en forme d'hélice autour du manchon et les spires de l'hélice sont jointives comme cela a été représenté sur la figure Après avoir bobiné la première couche C 1, on bobine par- dessus la deuxième C 2, sans couper le fil, mais en inversant l'inclinaison des spires sur l'axe, tout en conservant le même pas pour l'hélice Sur la figure 1, on voit que pour la couche C 1, les spires de l'hélice sont inclinées à droite sur l'axe OO' du manchon, alors que pour la couche C 2, les spires de l'hélice sont inclinées à gauche Ainsi le courant circule toujours dans le même sens dans tout le solénoïde Sur la figure 1, on a indiqué par une flèche le sens de circulation du courant dans la couche de fil C 1 Le courant circule dans cette couche de bas en haut sur la figure, c'est-à-dire dans le sens inverse des aiguilles d'une montre si le solénoïde est vu du côté gauche. Sur la figure, on a indiqué aussi par une flèche le sens de circulation du courant dans la couche de fil C 2 et on constate que le courant circule également dans cette couche dans le sens inverse des aiguilles d'une montre si le solénoïde est vu du côté gauche Il y a donc création d'un champ magnétique uniforme B O dirigé selon l'axe QO' du tube Après avoir bobiné la deuxième couche, on bobine la troisième en inclinant les spires à droite et ainsi de suite pour les autres couches, on inverse à chaque fois l'inclinaison des spires sur l'axe. La figure 2 illustre de façon schématique la constitution d'un solénoïde de focalisation selon l'invention. Sur la partie droite de la figure 2, on a représenté le manchon isolant 2 qui porte les couches de fil. Selon l'invention, ce manchon porte une gravure hélicoïdale dans laquelle sont logées les spires de la première couche C 1 de fil I qui est représentée sur la partie gauche de la figure 2. Le pas de l'hélice gravée sur le manchon doit être très légèrement supérieur au diamètre du fil pour que les spires de fil soient sensiblement jointives. Ainsi, par exemple, si l'on utilise un fil en cuivre émaillé de 25/100 e de mm de diamètre, on grave sur le manchon une hélice de 26/100 e de pas. La profondeur de la gravure réalisée sur le manchon est de l'ordre de la moitié du diamètre du fil. Dans l'exemple cité précédemment, la profondeur de la gravure est de 1/10 e La première couche de fil C 1 dépasse donc de la gravure de la moitié environ du diamètre de fil. Sur les figures 1 et 2, on a indiqué par des pointillés que les proportions entre la hauteur des spires de fil (ou la hauteur de la gravure du manchon) et leur largeur ne pouvaient être respectées sur les figures pour des raisons de clarté En effet, ce rapport est supérieur à 100. Ainsi, il faut bien voir que si l'on examine à l'oeil nu un fourreau de 3 cm de diamètre portant une gravure hélicoîdale de 26/100 e de pas et de 1/10 e de profondeur, la surface du manchon paraît presque lisse, et en tout cas beaucoup moins heurtée que ce qui est représenté sur la figure 2. Cette gravure du manchon est cependant suffisante pour que les spires de la première couche C 1 soient bien maintenues en place. En ce qui concerne la réalisation du solénoïde, elle se fait toujours en utilisant un tour et un guide-fil mais on constate qu'il n'est plus nécessaire de guider le fil à la main que pour les premières spires, car le fil vient ensuite se placer de lui-même dans la gravure du manchon. La répartition des spires de la première couche sur le manchon est quasiment parfaite et les spires sont donc sensiblement perpen- diculaires à l'axe du manchon. Dans les solénoïdes selon l'art antérieur, le manchon étant lisse, la répartition des spires de la première couche sur le manchon est généralement beaucoup moins régulière et, en tout cas, une répartition régulière des spires est beaucoup plus difficile à réaliser. La figure 3 montre que dans le solénoïde selon l'invention, pour chaque couche de fil, l'inclinaison des spires de l'hélice par rapport au manchon est la même Ainsi sur la figure 3, on voit que, pour la couche C 2 comme pour la couche C 1, les spires de l'hélice sont inclinées à droite sur l'axe O O' Selon l'invention, la première couche C 1 de fil qui dépasse de la gravure du manchon sert de guide à la deuxième couche C 2 dont les spires ont même inclinaison que celles de la première Et ainsi de suite, selon l'invention, chaque couche de fil est utilisée pour positionner la couche de fil suivante Ainsi, toutes les couches de fil ont des spires bien réparties et sensiblement perpendiculaires à l'axe du manchon et, pour réaliser le solénoïde, à chaque couche, il ne faut guider à la main le fil que pour les première spires. Au contraire dans les solénoïdes selon l'art antérieur comme les spires d'une couche ont une inclinaison contraire à celle des spires de la couche suivante, il n'y a pas guidage du fil et les spires des différentes couches sont mal réparties et difficiles à bien positionner On peut d'ailleurs constater en examinant atten- tivement un solénoïde selon l'art antérieur que sa surface présente des effets de moiré indiquant une mauvaise répartition des spires. Les figures 4 a et b sont des coupes montrant de façon schématique, comment sont positionnées les différentes couches de fil, Cn+i, Cn et Cnl b Dans le solénoïde selon l'invention, on voit sur la figure 4 a que les spires d'une couche sont guidées par les spires de la couche précédente et se logent dans la rainure hélicoïdale due à cette couche précédente Dans le solénoïde selon l'art antérieur, on voit sur la figure 4 b qu'il n'y a pas de guidage des spires d'une couche par celles de la couche précédente puisque l'inclinaison des spires est inversée d'une couche à la suivante Les spires d'une couche ne se logent pas dans la rainure hélicoïdale due à la couche précédente. On a vu sur la figure 3 que dans le solénoïde selon l'invention, pour toutes les couches de fil enroulées en hélice autour d'un manchon, l'inclinaison des spires de l'hélice par rapport au manchon est sensiblement la même Il se pose cependant le problème de la connexion entre les différentes couches de fil pour que toutes les couches du solénoïde aient le même sens d'enroulement autour du manchon. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale selon l'axe QO' montrant de façon schématique un mode de réalisation d'un solénoïde selon l'invention qui résoud avantageusement le problème des connexions entre les couches. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le solénoïde selon l'invention comporte un premier manchon 2 tel que celui de la figure 2 Ce manchon 2 porte la moitié des couches du solénoïde On désigne par Cd l'ensemble des couches portées par ce manchon 2. On réalise la première couche de fil en logeant les spires de l'hélice dans la gravure hélicoïdale du manchon 2. Le fil est coupé lorsqu'on arrive à la fin de la première couche. On bobine par-dessus la première couche une deuxième couche en utilisant la première couche comme guide, comme cela est représenté sur la figure 3. Le fil est coupé à la fin de la deuxième couche. On bobine ainsi autour du manchon la moitié des couches,en coupant le fil à la fin de chaque couche, et de façon que l'inclinaison des spires de l'hélice par rapport au manchon soit sensiblement la même pour toutes ces couches. Autour des couches Cd, on introduit un deuxième manchon 3, semblable au premier et présentant la même gravure hélicoïdale mais réalisée en sens contraire. Autour de ce deuxième manchon, on enroule l'autre moitié des couches du solénoïde que l'on désigne par Cfi comme on a enroulé les couches Cd autour du manchon 2 C'est-à-dire que la première couche est logée dans la gravure du manchon, le fil est coupé après chaque couche et pour toutes les couches, l'inclinaison des spires de l'hélice par rapport au manchon est sensiblement la même. Pour que toutes les couches du solénoïde aient le même sens de parcours autour du manchon, on réalise des connexions entre les extrémités d'une couche réalisée autour d'un manchon et les extrémités, situées du même côté des manchons, de deux autres couches réalisées autour de l'autre manchon. -On a représenté sur la figure 6 les connexions qu'il fallait réaliser pour connecter convenablement une couche C inclinée sur la gauche, appartenant aux couches Cf bobinées autour du deuxième manchon, à deux couches Cnî et Cn+l inclinées sur la droite, appartenant aux couches Cd bobinées autour du premier manchon. On relie par la connexion cl l'extrémité de la couche Cn-l situé à droite des manchons sur la figure à l'extrémité de la couche Cn située à droite des manchons,et on relie par la connexion c 2 l'extrémité de la couche Cn située à gauche des manchons à l'extrêmité'de la couche Cn+I^ située à gauche des manchons. On constate sur la figure 6 que toutes les couches ont ainsi le même sens de parcours par rapport aux manchons disposés selon l'axe OO' Le courant circule dans toutes les couches du solénoide vu de gauche dans le sens inverse des aiguilles d'une montre Ainsi, est créé un champ magnétique uniforme sur l'axe 00 '. Les connexions telles que c 1 et c 2 entre les extrémités situées du mêmes côté des manchons de deux couches voisines sont réalisées en torsadant ensemble deux courts morceaux de fil qui sont ensuite soudés, en les plongeant dans un bac d'étain en fusion par exemple. Les connexions ainsi réalisées ne peuvent pas produire de parasites gênants. On connait des modes de réalisations de l'invention proches de celui qui vient d'être décrit -et qui s'en distinguent parce qu'ils comportent plus de deux manchons Chaque manchon présente alors la même gravure hélicoïdale que celle du précédent, mais de sens contraire. Dans un mode de réalisation bien particulier de l'invention, chaque manchon ne porte qu'une seule couche logée dans la gravure hélicoïdale du manchon. Il se pose cependant le problème de l'encombrement supplé- mentaire dû à la présence des manchons. On va maintenant décrire un procédé qui permet de supprimer tous les manchons, excepté le premier, tout en conservant les qualités des solénoïdes selon l'invention. Prenons pour exemple le cas d'un solénoïde utilisant deux manchons. On enroule la première moitié Cd des couches autour du premier manchon 2, en coupant le fil à chaque couche, et en enroulant toutes les couches en conservant la même inclinaison. Cette première étape est représentée sur la partie gauche de la figure 7. On utilise ensuite un deuxième manchon 3 dont le diamètre externe est égal au diamètre externe du premier manchon recouvert de ses couches de fil Ce deuxième manchon est gravé en sens inverse au premier et on enroule autour de ce deuxième manchon l'autre moitié des couches Cf comme on l'a fait autour du premier. Cette deuxième étape est représentée sur la partie droite de la figure 7. Le fil qui est utilisé pour réaliser au moins cette autre moitié de couches Cf a la propriété de devenir adhérent sous l'action de la chaleur. Après avoir bobiné le fil, on agglomère ces couches Cf entre elles en utilisant un jet d'air chaud ou en faisant passer un courant d'intensité élevée dans le fil. On chasse alors le deuxième manchon Pour cela, on peut utiliser un manchon démontable en trois parties tel que celui représenté sur la figure 8 Il suffit d'enlever la partie centrale 4 et les parties latérales 5 et 6 sont libérées. On ajuste alors la deuxième moitié de couches Cf sur la première moitié de couches Cd Il suffit ensuite de réaliser les connexions entre les différentes couches. Ce procédé peut bien entendu être utilisé lorsqu'on utilise plus de deux manchons. Sur la figure 9, on a représenté un autre mode de réalisation du solénoïde selon l'invention qui n'utilise qu'un seul manchon. Dans ce mode de réalisation de l'invention, pour toutes les couches de fil C enroulées en hélice autour du manchon 2, l'inclinaison des spires de l'hélice par rapport au manchon est sensiblement la même. Dans ce mode de réalisation, des connexions telles que la connexion c 3 sur la figure 10, relient l'extrémité d'une couche telle que Cn-1 à l'extrémité de la couche suivante Cn située de l'autre côté du manchon 2. Ainsi sur la figure 10, la connexion c 3 relie l'extrémité droite de la couche Cn-1 à l'extrémité gauche de la couche Cn* Du fait de leur grande dimension, ces connexions introduisent plus de parasites que les connexions réalisées pour les modes de réalisation des figures 5 à 8. Dans les solénoïdes selon l'invention, on utilise généralement des manchons en verre époxy Du fait de leur fabrication, ces manchons ont une surface externe assez irrégulière et souvent décentrée par rapport à l'axe du tube Par contre leur surface interne est parfaitement centrée par rapport à cet axe Selon l'invention, on utilise des manchons portant une gravure hélicoïdale sur leur surface externe Il suffit de réaliser cette gravure en se basant sur la paroi intérieure du manchon pour supprimer les inconvénients dus aux défauts de la surface externe des manchons Il faut signaler que dans les solénoïdes selon l'art antérieur si l'on utilise ces manchons en verre époxy, il faut soit accepter les inconvénients dus aux défauts des manchons, soit modifier leur surface externe ce qui est une opération plus délicate à réaliser que la gravure du fourreau. Pour que les spires des hélices des diverses couches aient par rapport au manchon, sensiblement la même inclinaison ou une inclinaison sensiblement contraire, on augmente légèrement le pas des dernières couches de chaque manchon. Les solénoïdes selon l'invention présentent l'avantage d'être de fabrication plus facile que les solénoïdes connus, en particulier parce que le fil n'a plus à être guidé à la main que pour les premières spires de chaque couche après quoi il se place tout seul. Dans les solénoïdes selon l'invention, la répartition des spires des diverses couches est quasiment parfaite et les spires sont donc sensiblement perpendiculaires à l'axe du tube De ce fait, on a noté une amélioration des caractéristiques des tubes de prise de vue auxquels ces solénoïdes sont associés. En particulier, on a noté: la suppression du "décadrage" et de l'erreur d'orthogonalité; la suppression des parasites dus au retour rapide du faisceau commandé par les bobines de déflexion. On a aussi noté que le taux de modulation varie peu d'un solénoïde à l'autre. D'autre part, l'homogénéité de résolution du tube est améliorée. D'une façon plus générale, les solénoïdes de focalisation selon l'invention présentent des caractéristiques reproductibles Ceci est un avantage important car ces solénoïdes sont souvent utilisés dans des tubes de prise de vue en couleurs o l'on a besoin de trois solénoïdes de focalisation ayant des caractéristiques voisines. La description précédente a été faite en considérant le cas des tubes de prise de vue, mais le solénoïde selon l'invention peut être utilisé dans d'autres domaines tels que les microscopes électroniques ou les tubes électroniques hyperfréquences o les exigences de il concentration du faisceau sont particulièrement rigoureuses. L'invention peut aussi être utilisée pour la fabrication de transformateurs ou de moteurs. REVENDICATIONS 1 Solénoîde de focalisation constitué d'un fil isolé ( 1) enroulé en forme d'hélice, autour d'un manchon isolant ( 2), les spires de l'hélice étant jointives et le solénoïde comportant plusieurs couches de fil superposées ayant un même sens d'enroulement autour du manchon, caractérisé en ce que ledit manchon porte une gravure hélicoïdale dans laquelle sont logées les spires de la première couche (CI) 2 Soléno 7 de selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour toutes les couches (C) de fil ( 1) enroulées en hélice autour du manchon, l'inclinaison des spires de l'hélice par rapport audit manchon est sensiblement la même et en ce que des connexions (c 3) relient l'extrémité d'une couche (Cn) à l'extrémité de la couche suivante (Cr), située de l'autre côté du manchon. 3 Solénoïde selon la revendication 1, caractérisé en ce que: il comporte plusieurs manchons ( 2, 3) portant une gravure hélicoïdale dans laquelle sont logées les spires d'une couche (C 1) de fil ( 1); chaque manchon présente ia même gravure hélicoïdale que celle du précédent, mais de sens contraire; pour toutes les couches de fil enroulées en hélice autour du même manchon, l'inclinaison des spires de l'hélice par rapport au manchon est sensiblement la même; le fil est coupé après chaque couche; des connexions (cl, c 2) relient les extrémités d'une couche (Cn) aux extrémités, situées du même côté des manchons, de deux autres couches (Cn-1 ' Cn+l) réalisées autour d'un autre manchon. 4 Solénoide selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux manchons ( 2, 3) portant chacun la moitié des couches (Cd' Cf). 5 Solénoide selon la revendication 1, caractérisé en ce que: la première couche (C 1) dont les spires sont logées dans la gravure hélico Tdale dudit manchon est suivie d'autres couches enroulées en hélice autour du manchon ( 2), l'inclinaison des spires de l'hélice de toutes ces couches par rapport au manchon étant sensiblement la même; cette première série de couches est suivie d'autres séries de couches, et pour chaque série, l'inclinaison des spires de l'hélice par rapport audit manchon étant sensiblement la même et étant contraire à celle des spires des couches de la série précédente; les couches des autres séries sont agglomérées entre elles; le fil ( 1) est coupé après chaque couche; des connexions (c 1, c 2) relient les extrémités d'une couche (Cn) aux extrémités, situées du même côté du manchon, de deux autres couches faisant partie d'une autre série (Cn-1 ' Cn+l). 6 Solénoïde selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte deux séries de couches (Cd' Cf). 7 Solénoïde selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les couches agglomérées des autres séries (Cf) sont réalisées en un fil qui, sous l'action de la chaleur, a la propriété de devenir adhérent. 8 Solénoïde selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que chaque connexion (cl, c 2) est réalisée par deux morceaux de fil ( 1) appartenant à deux couches différentes qui sont torsadés ensemble et soudés. 9 Solénoïde selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque manchon ( 2, 3) est en verre époxy et en ce que la gravure est réalisée en se basant sur la paroi intérieure du manchon. Solénoïde selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les dernières couches de chaque manchon sont enroulées sous forme d'hélice dont le pas est légèrement supérieur à celui des premières couches pour que les spires des hélices des diverses couches aient par rapport au manchon, sensiblement la même inclinaison ou une inclinaison sensiblement contraire. 11 Solénoïde selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le pas de l'hélice gravée surchaque manchon ( 2, 3) est très légèrement supérieur au diamètre du fil ( 1) et en ce que la profondeur de la gravure est de l'ordre de la moitié du diamètre du fil. 12 Solénoïde selon la revendication 11, caractérisé en ce que le fil ( 1) a un diamètre de 25/100 e et en ce que le pas de l'hélice gravée sur chaque manchon est de 26/100 e et la profondeur de la gravure est de 1/10 e. 13 Application d'un solénoïde de focalisation selon l'une des revendications 1 à 12 à un tube de prise de vue, et notamment à un tube de prise de vue en couleurs. 14 Application d'un solénoïde de focalisation selon l'une des revendications 1 à 12, à un tube électronique hyperfréquences. Application d'un solénoïde de focalisation selon l'une des revendications I à 12, à un microscope électronique. 16 Procédé de fabrication d'un solénoïde selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on enroule le fil ( 1) en hélice autour dudit premier manchon ( 2) en introduisant les spires de la première couche (C 1) dans la gravure du manchon, en coupant le fil après chaque couche, et en enroulant les autres couches autour du manchon en conservant sensiblement la même inclinaison des spires de l'hélice par rapport au manchon; on utilise ensuite un deuxième manchon ( 3) dont le diamètre externe égale le diamètre externe du premier manchon recouvert de ses couches de fil (Cd), ce deuxième manchon étant gravé en sens contraire au premier; on enroule le fil autour de ce deuxième manchon comme on l'a fait autour du premier; on agglomère entre elles les couches de fil (Cf) recouvrant le deuxième manchon, en chauffant le fil qui a la propriété de devenir adhérent sous l'action de la chaleur; on enlève le deuxième manchon; on ajuste cette deuxième série de couches autour de la première série; et ainsi de suite, on réalise plusieurs séries de couches; on réalise les connexions (cl, c 2) entre les couches.