Brevet FR2567311A1 — publié le 19860110

L'invention concerne des résistances pour fortes puissances, de faible valeur résistive. Normalement, de telles résistances sont des résistances à fil bobiné qui sont produites par bobinage d'un mince fil constitué d'une certaine matière résistante sur un cylindre de céramique, les extrémités du fil étant soudées à des capuchons qui sont sertis sur les extrémités du cylindre. Des conducteurs en cuivre sont normalement soudés aux capuchons et en partent axialement. Habituellement, ces résistances à fil bobiné sont ensuite revêtues d'une certaine forme de matière isolante afin de protéger le fil de la résistance. Le procédé précédent de fabrication d'une résistance à fil bobiné exige de nombreuses pièces et un travail très important. Le nombre de pièces de ces résistances est habituellement de six (deux capuchons d'extrémité, deux conducteurs de connexion, un noyau en céramique et un fil résistif). De plus, un revêtement d'un certain type doit être prévu. Par conséquent, l'invention a pour objet principal une résistance de puissance perfectionnée de stabilité élevée, de valeur résistive relativement faible et ayant un faible coefficient de température. L'invention a également pour objet une résistance conçue pour que le travail demandé pour sa fabrication soit réduit. L'inventiona pour autre objet une résistance portant un nombre réduit de pièces, et notamment une résistance permettant d'automatiser totalement l'équipe- ment de production et de le commander complètement par ordinateur. L'invention a pour autre objet un procédé de fabrication d'une résistance pouvant utiliser un processus continu en ligne pour la fabrication. L'invention a également pour objet une résistance pouvant être fabriquée à un coût notablement réduit, notamment une résistance pouvant être ajustée automatiquement à des tolérances très étroites, sans coût supplémentaire de main-d'oeuvre. L'invention a également pour objet une résistance qui est fabriquée par la mise en oeuvre d'un procédé de production souple permettant à un seul type de matière et une seule instal- lation de production d'être utilisés pour produire des résistances dont les plages de valeur varient large- ment. L'invention a également pour objet un procédé qui recuit et stabilise automatiquement et naturellement les caractéristiques électriques des résistances. L'invention a également pour objet un dispo- sitif qui est peu coûteux à fabriquer, d'une utilisation durable et stable et d'un fonctionnement efficace. L'invention utilise une plaque plate de forme rectangulaire, présentant des extrémités opposées et des bords latéraux opposés. La plaque est de préférence en métal, par exemple en alliage de nickel et d'aluminium, et son épaisseur est avantageusement comprise entre 0,025 et 1,27 mm. Des conducteurs électriques sont soudés par points ou autrement fixés aux extrémités opposées de la plaque rectangulaire. Puis un faisceau laser est utilisé pour découper plusieurs encoches ou fentes dans les bords latéraux de la plaque métallique. Le faisceau laser réalise une découpe complète à travers la plaque métallique et les encoches sont agencées en quinconce les unes par rapport aux autres afin d'accroître la longueur utile qu'un courant doit parcourir pour passer d'une extrémité à l'autre de la plaque. Le procédé de découpage de la matière résis- tante à l'aide d'un faisceau laser recuit automatiquement et naturellement cette matière résistante, de sorte que les caractéristiques électriques de la résistance sont stables après l'achèvement complet de la pièce. D'autres procédés de découpage de la matière résistante, par exemple le sciage, l'abrasion, etc., introduisent dans cette matière résistante des contraintes qui font ensuite changer avec le temps la valeur de résistance électrique et la stabilité de la résistance. L'invention, qui utilise le faisceau laser pour découper les fentes, donne automatiquement une résistance ayant une bonne stabilité sur de longues périodes d'utilisation. Il semble que ceci résulte du fait que le faisceau laser réalise une coupe égale et droite et qu'il recuit égale- ment le métal pendant l'opération de coupe. Des faisceaux lasers ont été utilisés précé- demment pour découper et ajuster ce qui est appelé, dans la technique, des résistances à couches épaisses. Ces résistances comprennent un substrat sur lequel une couche métallique est imprimée. L'épaisseur de la couche métallique est habituellement inférieure à 0,025 mm. Ces résistances à couches sont d'un type différent des résistances de faible valeur, pour grandes puissances, couramment fabriquées par le procédé à fil bobiné. Jusqu'à présent, les résistances de puissance étaient classiquement réalisées par la technique à fil bobiné en raison de la difficulté à conférer une bonne stabilité à une plaque métallique encochée ayant une épaisseur telle que celle demandée pour les résistan- ces de puissance. Normalement, cette épaisseur est comprise entre 0,2 et 1,27 mm. Cependant, l'invention est rendue possible grâce à deux résultats qui n'étaient pas connus jusqu'à présent, à savoir que le faisceau laser produit une coupe égale à la gorge et, qu'en outre, il recuit le métal pendant l'opération de coupe. En conséquence, les résistances produites par l'invention sont stables sur de longues périodes d'utilisation. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une machine destinée à la production de l'élément à résistance selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en perspective montrant un outil de coupe au laser en place au- dessus d'un élément à résistance à découper; - la figure 3 est une vue en plan d'un élément à résistance qui a été découpé conformément à l'invention; - la figure 4 est une vue de dessus d'une forme de réalisation modifiée de l'élément à résistance selon l'invention; - la figure 4A est une coupe suivant la ligne 4A-4A de la figure 4; - la figure 5 est une vue en plan d'une forme de réalisation modifiée de l'élément à résistance selon l'invention; - la figure 5A est une coupe suivant la ligne 5A-5A de la figure 5; - la figure 6 est une vue en plan d'une autre forme de réalisation de l'élément à résistance selon l'invention; - les figures 6A et 6B sont des vues suivant les lignes 6A- 6A et 6B-6B de la figure 6; la figure 7 est une vue en plan d'une forme de réalisation modifiée de l'élément à résistance selon l'invention; et - les figures 7A et 7B sont des vues suivant les lignes 7A-7A et 7B-7B de la figure 7. En référence aux dessins, et notamment la figure 3, la référence numérique 10 désigne globalement la résistance électrique selon l'invention. Cette résis- tance 10 est constituée d'une plaque métallique 12 présentant plusieurs gorges 14 partant vers 1 'intérieur de l'un de ses bords et plusieurs gorges 16 partant vers l'intérieur de son bord opposé. Deux conducteurs 18 et 20 sont reliés aux extrémités. opposées de la plaque 12, par soudage par points ou par tout autre procédé commode connectant électriquement les conducteurs à la plaque. La plaque 12 peut être constituée de toute matière conductrice, et la matière préférée est en alliage de nickel et de chrome. L'épaisseur de l'alliage métallique peut être dans la plage de 0,025 à 1,27 mm, et la plage préférée est comprise entre 0,2 et 1,27 mm. Les encoches 14 et 16 sont décalées en quinconce. En outre, les encoches 14 et 16 s'étendent vers l'intérieur de façon à se chevaucher mutuellement. Ceci accroît en fait la longueur du trajet que le courant électrique doit parcourir du conducteur 18 au conducteur 20. La résistance du dispositif peut être modifiée par augmentation de la profondeur de coupe des gorges 14 et 16 et également par modification de la distance séparant les gorges 14 et 16. Plus les gorges 14 et 16 sont rapprochées, plus la résistance est grande, et plus elles sont espacées plus la résistance est faible. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, les fentes 14, 16 adjacentes aux extrémités de la plaque 12 sont plus rapprochées que les fentes 14, 16 adjacentes au milieu de la longueur de la plaque 12. Ceci rend plus grande la résistance aux extrémités opposées de la plaque. La raison en est qu'avec les résistances de puissance, un point chaud apparaît normale- ment à proximité du centre longitudinal de la résistance. La raison de l'apparition du point chaud dans des résis- tances classiques à fil bobiné est que la chaleur peut être dissipée plus aisément aux extrémités de la résis- tance qu'en son centre longitudinal. En rapprochant les unes des autres les fentes 14 et 16 à proximité des extrémités de la résis- tance, il est possible de leur permettre de dissiper une plus grande quantité de chaleur vers les extrémités de la résistance tout en maintenant, dans le même temps, relativement constante la température de la résistance sur toute sa longueur. Ainsi, la tendance à la formation d'un point chaud à proximité du centre de la résistance est minimisée par l'écartement relatif des gorges tel que montré sur la figure 3. Les figures 1 et 2 représentent une machine 22 de découpage à laser destinée à former la résistance selon l'invention. La machine 22 est de construction classique et est typique des machines de découpage au laser disponibles dans le commerce à des fins de coupe et de perçage de l'acier. Un exemple de telles machines industrielles de découpage au laser est une machine produite par la firme Ratheon Company, en son "Laser Center", 4ème avenue, Burlington, Massachusetts, -01803, cette machine ayant la désignation commerciale "SS-501-3". Cette machine est un appareil de soudage au laser capable de fournir une puissance moyenne de 400 watts à une fréquence pouvant atteindre 200 impulsions par seconde. L'énergie maximale par impulsion est de 25 joules. La largeur variable des impulsions est comprise entre 1/8 m/s et 3 m/s. La machine 22 comprend une tête 24 de laser destinée à diriger un faisceau laser vers l'objet à découper. La figure 2 représente la table 26 de support de la machine qui est utilisée pour déplacer la pièce par rapport à la tête 24 de laser. La table 26 de support peut se déplacer dans une première direction en glissant longitudinalement sur des glissières 28. Un mouvement de la pièce dans une direction transversale à cette première direction est obtenu à l'aide de coulisseaux qui sont ajustés de façon à glisser dans des rainures 32. Ainsi, les glissières 28 et les coulisseaux 30 établissent un système de coordonnées X-Y sur lequel la pièce peut être déplacée. La première étape du procédé de fabrication consiste à fixer les conducteurs 18 et 20 de connexion à la plaque 12o Une fois qu'ils sont fixés, la plaque et les conducteurs sont maintenus entre les coulisseaux de la manière montrée sur la figure 2. Deux connecteurs électriques 34 et 36, qui sont reliés à des fils conduc- teurs 38, sont attachés aux conducteurs. Les fils 38 aboutissent à un dispositif 40 de commande à ordinateur qui est représenté sous la forme d'un bloc sur la figure 1. De tels dispositifs de commande à ordinateur sont connus dans la technique et décrits, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 345 235. Le dispositif 40 de commande à ordinateur détecte la valeur de la résistance électrique entre les deux conducteurs 18 et 20. Il est ensuite capable de déterminer les distances qu'il faut établir entre les gorges 14 et 16 et les profondeurs qu'il faut leur donner pour- que l'on obtienne la valeur de résistance électrique souhaitée pour la résistance achevée. Une fois que cette valeur est calculée par le dispositif de commande à ordinateur, ce dernier pilote la machine 22 afin qu'elle découpe les gorges suivant la configuration calculée. Le disposi- tif de commande à ordinateur continue de surveiller la résistance du dispositif pendant toute l'opération de coupe afin que la précision voulue puisse être obtenue sur la valeur de résistance finale du dispositif. Le faisceau laser découpe systématiquement les diverses encoches 14 et 16 dans la plaque en formant une gorge qui traverse totalement l'épaisseur de la plaque 12 et qui part vers l'intérieur de façon à être disposée en quinconce avec les gorges formées dans le bord opposé de la plaque. Les fentes sont coupées perpendiculairement à l'axe longitudinal de la résistance, de sorte que la longueur électrique du trajet du courant est allongée, ce qui accroît la résistance utile du dispositif. L'opération de découpage de la résistance à la valeur souhaitée comprend les étapes suivantes (a) La résistance est placée en position sur la table à coordonnées X-Y par un équipement de manipulation automatique des pièces (non représenté) (b) la résistance initiale du composant est lue; (c) cette-résistance initiale est communiquée au dispositif 40 à ordinateur o elle est comparée à la valeur de résistance qui a été précédemment program- mée dans l'ordinateur 40 et qui représente la valeur résistante souhaitée; (d) l'ordinateur calcule ensuite le nombre nécessaire de fentes, la profondeur des fentes et les écartements des fentes afin de parvenir à la résistance finale souhaitée. Pour une faible valeur de résistance, il faut relativement peu de coupesde très faible longueur, alors que pour une valeur élevée de résistance, il faut de nombreuses coupes de grande longueur; (e) la table à coordonnées X-Y 26 commence ensuite à déplacer la pièce au- dessous du faisceau laser afin que ce dernier découpe les fentes comme souhaité. Ceci est effectué aussi rapidement que possible jusqu'à ce que la toute dernière fente soit découpée. A ce moment, la vitesse de l'opération de coupe est réduite de façon que la valeur de la résistance puisse être déterminée à une tolérance étroite. Les tolérances de résistance inférieures à 0,5 % peuvent être aisément obtenues par ce procédé; (f) la valeur de la résistance est contrôlée constamment pendant l'opération de coupe et, à la fin, lorsque la résistance atteint sa propre valeur dans les tolérances, elle est placée dans un équipement supplémentaire de manipulation automatique (non représenté) et déplacée le long de la chaîne de production. Le montage des conducteurs 18 et 20 est représenté comme étant effectué par un procédé de soudage par points, mais d'autres procédés tels qu'un soudage en bout peuvent être utilisés. En outre, une fois la résistance achevée, elle est enrobée, revêtue ou moulée dans un revêtement protecteur, de manière classique. Un avantage particulier qui est apparu comme résultant de l'utilisation de faisceaux lasers pour découper les gorges 14 et 16 est que ce faisceau laser, en même temps qu'il coupe la gorge, recuit égale- ment le métal, de sorte que ce dernier conserve une caractéristique électrique stable. En l'absence de ce processus de recuit, la résistance tend à être instable lors d'une utilisation prolongée, et sa valeur change pendant l'utilisation. Ceci est particulièrement vrai si les gorges 14 et 16 sont réalisées par des moyens mécaniques, par exemple par découpe, sciage ou d'autres moyens. Il est apparu que de tels moyens mécaniques de production de résistances produisent des résistances très instables qui ne conservent pas une valeur résistante constante pendant l'utilisation. Le faisceau laser, probablement en raison de son action de coupe égale et de son recuit simultané du métal, s'avère apporter une stabilité étonnamment meilleure par rapport à celle obtenue par d'autres moyens. La figure 4 représente une forme de réalisa- tion modifiée de l'invention, désignée par la référence numérique 41. Cette résistance 41 comprend des conducteurs 18 et 20 semblables au: conducteurs 18 et 20 du dispositif 10 montré sur la figure 3. De façon similaire, une plaque métallique 12 est utilisée et présente plusieurs gorges 14, 16 qui partent vers l'intérieur de ses bords opposés. Cependant, la plaque 12 est pliée de façon à prendre une configuration en C, comme montré par la vue en coupe de la figure 4A. Les bords latéraux 42 et 44 sont pliés vers l'intérieur afin de former la section en C, ce qui réduit la dimension géométrique de la résistance afin qu'elle s'ajuste dans une zone étroite à l'intérieur du circuit. La figure 5 représente une autre forme O10 modifiée de l'invention désignée par la référence numéri- que 46. Cette résistance 46 comprend les mêmes éléments que ceux décrits pour les formes de réalisation précéden- tes, à savoir des conducteurs 18 et 20, une plaque 12 et des fentes ou gorges 14 et 16. Cependant, après que les gorges 14 et 16 ont été formées dans la plaque 12, cette dernière est torsadée sur environ 180 afin de prendre une configuration en hélice ou en vis. Une autre forme de réalisation de l'invention est montrée sur la figure 6 et désignée par la référence numérique 48. Cette résistance 48 comprend un corps cylindrique 50 en céramique ou en matière plastique moulée, qui présente une ouverture longitudinale 52 le traversant axialement. Cette ouverture 52 est représen- tée comme étant de section rectangulaire, mais elle peut également avoir toute autre section, par exemple ovale ou circulaire. La résistance 10 (figure 3) est placée à l'intérieur de l'ouverture 52 de manière à ne pas toucher le corps 50. Puis un composé de moulage tel que ceux couramment utilisés pour des résistances enrobées, est placé à l'intérieur de l'ouverture afin d'entourer complètement la plaque 12 de la résistance et de la protéger de l'influence extérieure. Le composé de moulage est désigné par la référence numérique 54. Les deux composés de moulage qu'il est préférable d'utiliser dans ce procédé sont produits par la firme Dow Corning Company, 592 Saginaw Road, Midland, Michigan, et sont désignés "Dow Corning Silicon Molding Compounds" numéros de produit 1-5201 et 480. La figure 7 représente une autre forme de réalisation de l'invention pour le moulage de la résistance 10. Le composé de moulage, désigné par la référence numérique 56, est formé autour de la plaque 12 de la résistance 10 afin d'entourer complètement cette plaque 12, mais de permettre aux conducteurs 18, 20 de faire saillie vers l'extérieur de ces extrémités. Cette résistance moulée est désignée par la référence numérique 58. L'invention apporte un perfectionnement important par rapport aux résistances antérieures à fil bobiné. La résistance selon l'invention ne comporte que trois pièces, alors que le nombre de pièces d'une résistance à fil bobiné est 'de six, sans compter la matière de revêtement. L'équipement de production néces- saire à la fabrication de la résistance perfectionnée selon l'invention peut être entièrement automatisé et totalement commandé par l'ordinateur. La matière résistante constituant la pièce peut être achetée sous la forme de rouleaux continus de grande longueur qui peuvent être avancés automatiquement dans l'équipement avec le fil de cuivre pour les conducteurs. L'équipement automatique peut ensuite fabriquer en totalité la pièce sans que des ouvriers aient de nouveau à toucher la résistance. Le coût de fabrication de la résistance est notablement réduit par rapport à celui des procédés de fabrication actuellement utilisés pour les résistances classiques à fil bobiné. Pendant que la pièce est automatiquement découpée à l'aide du laser comme c'est le cas dans la présente invention, le dispositif de mesure de résis- tance mesure constamment la valeur de la résistance et ceci permet d'ajuster cette dernière dans des tolérances très étroites. La résistance perfectionnée selon l'inven- tion est très souple, car elle peut être produite à de nombreuses valeurs différentes à partir d'un seul type et d'une seule dimension de matière résistante, ainsi que d'une seule installation de production. L'ordi- nateur peut calculer automatiquement le nombre nécessaire de fentes et la profondeur des fentes pour donner à la résistance les tolérances et la valeur de résistance demandées. Le procédé de découpage de la matière résis- tante à l'aide d'un faisceau laser recuit automatiquement et naturellement cette matière de sorte que les caracté- ristiques électriques de la résistance sont sensiblement stables après l'achèvement de la pièce. D'autres procédés de découpage des matières résistantes, telles que le sciage, l'abrasion, etc. introduisent dans la matière résistante des contraintes qui, par la suite, font varier avec le temps la valeur et la stabilité de la résistance. Le procédé selon l'invention assure automati- quement la stabilité de la résistance pendant de longues périodes d'utilisation. On peut donc voir que le dispositif selon l'invention atteint tous les objectifs mentionnés précé- demment. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la résistance décrite et repré- sentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une résistance électrique, caractérisé en ce qu'il consiste à relier deux conducteurs électriques (18, 20) aux extrémités opposées d'une plaque métallique plate (12) ayant une épaisseur comprise entre 0,025 et 1,27 mm et présentant des bords latéraux opposés s'étendant entre lesdites extrémités opposées, et à utiliser un faisceau laser pour réaliser une découpe traversant totalement l'épaisseur de la plaque afin de former des encoches (14, 16) partant vers l'intérieur des bords latéraux de la plaque et disposées en quinconce pour accroftre la résistance électrique utile de la plaque, le faisceau laser produi- sant en même temps un recuit du métal de la plaque afin que les caractéristiques électriques de cette plaque soient stables après le découpage des encoches. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il consiste en outre à mesurer la résistance électrique de la plaque avant le découpage des encoches et à calculer électroniquement la longueur des encoches et la distance comprise entre les encoches pour obtenir une valeur de résistance prédéterminée pour ladite plaque après que les encoches ont été découpées. 3. Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'il consiste en outre à rapprocher davantage les unes des autres les encoches adjacentes aux extrémités opposées de la plaque métallique et à espacer davantage les unes des autres les encoches adjacentes au centre longitudinal de la plaque métallique afin que la plus grande quantité d'énergie soit dissipée par la plaque métallique à proximité de ses extrémités opposées. 4. Résistance électrique produite par le procédé de la revendication 1. 5. Résistance électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte une plaque métallique plate (12) ayant une épaisseur de 0,025 à 1,25 mm et présentant des bords latéraux opposés et des extrémités opposées, deux conducteurs électriques (18, 20) reliés fonctionnel- lement aux extrémités opposées de la plaque métallique/ cette dernière présentant plusieurs encoches (14, 16) qui partent vers l'intérieur de ses bords latéraux opposés, qui sont espacées les unes des autres de manière que les encoches partant de l'un des bords opposés soient disposées en quinconce avec les encoches partant de l'autre desdits bords opposés, chacune des encoches traversant totalement l'épaisseur de la plaque et étant formée par découpe au faisceau laser afin que le métal de la plaque soit recuit et que les caractéristiques électriques de la plaque métallique soient ainsi stabili- sées. 6. Résistance électrique selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que les encoches adjacentes aux extrémités opposées de la plaque sont espacées les unes des autres d'une distance qui est inférieure à celle comprise entre les encoches adjacentes au milieu de la longueur de la plaque. 7. Résistance électrique selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que les bords latéraux (42, 44) de la plaque sont recourbés vers l'axe central longitudinal de ladite plaque afin de réduire les dimen- sions géométriques extérieures de la résistance. 8. Résistance électrique selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que la plaque métallique plate est torsadée (46) afin que ses surfaces supérieure et inférieure forment une hélice. 9. Résistance électrique selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps diélectrique (50) présentant une surface extérieure cylindrique et traversé axialement par une ouverture longitudinale (52) dans laquelle la plaque est disposée de façon que lesdits conducteurs fassent saillie vers l'extérieur aux extrémités opposées de l'ouverture, une matière diélectrique durcie (54) de moulage entourant la plaque et remplissant l'ouverture afin de maintenir ladite plaque dans cette ouverture. 10. Résistance électrique selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un composé durci (56) de moulage entourant la plaque et configuré de façon à avoir la forme d'un cylindre et à recouvrir totalement la plaque, les conducteurs faisant saillie axialement vers l'extérieur des extrémités opposée du composé de moulage en forme de cylindre. 11. Appareil de fabrication d'une résistance électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un châssis, des moyens