Brevet FR2642892A1 — publié le 19900810

La présente invention est relative à un transformateur électrique à haute tension de sortie et, plus particulièrement, à un tel transformateur conçu pour équiper un circuit d'allumage de moteur- a combustion interne. Classiquement, un transformateur à haute tension de sortie comprend un enroulement primaire alimenté sous basse tension et fort courant, comptant peu de spires, un enroulement secondaire délivrant une haute tension avec un courant faible, comptant un grand nombre de spires, et un circuit magnétique de couplage des deux enroulements. Du fait de la haute tension délivrée par l'enroulement secondaire, on dispose en outre dans cet enroulement des moyens propres a isoler électriquement cet enroulement. On a représenté a la figure 1 du dessin annexé une demi-coupe axiale d'un enroulement secondaire équipe de moyens d'isolement classiques, consistant en des feuilles 1, 1' 1" en matériau isolant, séparant les unes des autres des couches d'un fil électrique constituant l'enroulement et bobiné suivant des couches cylindriques successives 2, 2', 2" etc, d'axe 3. Suivant une autre structure connue illustrée en demi-coupe à la figure- 2 du dessin annexe, le fil électrique 4' est bobine sur une carcasse cylindrique en matériau isolant 5 qui compte plusieurs gorges 6, 6', 6", etc... espacées axialement les unes des autres. De telles carcasses sont largement utilisées dans les machines de bobinage automatique d'enroulements. De tels agencements d'enroulement secondaire présentent divers inconvénients qui découlent du fait que des spires voisines de l'enroulement sont portées à des potentiels électriques qui peuvent entre très différents. Il faut alors prévoir une isolation suffisante entre ces spires, qui augmente les dimensions du transformateur et/ou le court de celui-ci en matériau isolant. En outre, la répartition des capacités entre spires est difficile à maîtriser, ce qui perturbe l'homogénéité des champs électriques dans l'isolant et diminue alors l'efficacité du transformateur La présente invention a donc pour but de réaliser un transformateur à haute tension de sortie équipé d'un enroulement secondaire La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel transformateur dans lequel la capacité entre spires adjacentes est ajustée d'une borne à l'autre de l'enroulement secondaire et, en particulier, dans lequel cette capacité reste constante dans tout cet enroulement. La présente invention a encore pour but de réaliser un tel transformateur plus particulièrement destiné à équiper un circuit d'allumage de moteur à combustion interne. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaitront dans la suite de la présente description, avec un transformateur électrique à haute tension de sortie, comprenant un enroulement primaire et un enroulement secondaire couplés magnétiquement, l'enroulement secondaire de ce transformateur étant constitué par un ruban électriquement conducteur accolé à un film en matière isolante, le ruban et le film accolés étant enroulés en bobine, des organes de connexion en contact électrique avec les extrémités intérieure et extérieure, respectivement, du ruban bobiné constituant les bornes de sortie de l'enroulement secondaire. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, le ruban électriquement conducteur et le film isolant constituent deux pièces distinctes bobinées en superposition. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, le ruban électriquement conducteur est formé par enduction d'une face du film en matiere isolante avec un matériau électriquement conducteur. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, le film isolant est formé par enduction d'une face du ruban électriquement conducteur avec un matériau isolant. Selon une caractéristique avantageuse du transformateur suivant l'invention, la largeur du ruban électriquement conducteur décroît de l'intérieur de la bobine à l'extérieur de celle-ci, de manière à maintenir constantes dans toute la bobine les capacités entre spires adjacentes. Au dessin annexé donné seulement à titre d'exemple - les figures 1 et 2 représentent des demi-coupes axiales d'enroulements secondaires connus, présentés dans le preambule de la présente demande, - la figure 3 représente en demi-coupe axiale un enroulement secondaire incorporé-au transformateur suivant la présente invention, - la figure 4 représente une coupe transversale de l'enroulement secondaire équipant le transformateur suivant la présente invention, et - la figure 5 représente un organe de connexion fixé à chacune des extrémités de l'enroulement du transformateur suivant l'invention, pour constituer une borne de sortie de cet enroulement. Comme représenté aux figures 3 et 4, l'enroulement secondaire du transformateur selon l'invention est constitué par un ruban électriquement conducteur 7 accolé à un film isolant 8, l'ensemble ruban 7/film 8 etant enroulé sous la forme d'une bobine cylindrique 9 d'axe 10 autour d'une partie d'un circuit magnétique (non représenté) formant partie du transformateur et passant dans un espace 11 intérieur a la bobine. Sur la coupe transversale de la figure 4 il apparaît qu'ainsi deux spires consécutives du ruban métallique- 7 sont séparées par une spire du film isolant 8 et réciproquement. Le film isolant peut présenter une largeur plus grande que celle du ruban métallique de manière à ménager une garde sur chaque bord du ruban, propre à isoler électriquement les bords de celui-ci. Pour realiser un tel enroulement secondaire, on peut, selon une première possibilité, utiliser un film isolant obtenu par exemple par laminage avant polymérisation, et un ruban électriquement conducteur indépendant obtenu par exemple par laminage ou électrodéposition d'un métal. Selon une autre possibilité qui fait appel à un film isolant revêtu d'une couche électriquement conductrice, on peut utiliser une technique de dépôt chimique de métal ou une technique de dépôt électrolytique de étal. Inversement, il est aussi possible d'utiliser un clinquant métallique qu'on recouvre d'une couche isolante par un procédé d'enduction avant polymérisation. Bien entendu, on pourrait utiliser d'autres techniques connues de realisatwon de rubans électriquement conducteurs et de films isolants. L'épaisseur des couches obtenues peut varier depuis l'ordre du micron jusqu'à l'ordre du millimètre. Le métal utilise peut être par exemple, du cuivre, de l'aluminium. L'isolant utilisé peut être, par exemple, un polymère tel qu'un polyparaxylylène, un polyphényloxyde, un polycarbonate, un polytétrafluoroéthylène, etc ... selon les conditions d'environnement. Dans tous les cas, il faut procéder à l'enroulement en spirale du film isolant et du ruban électriquement conducteur en faisant appel, en les adaptant, aux techniques classiques de fabrication des condensateurs à film bobiné qui comprennent eux aussi des couches conductrices et isolantes enroulées en spirale, le condensateur comptant neanmoins deux rubans électriquement conducteurs isolés l'un de l'autre et constituant chacun une électrode du condensateur. Dans la plupart des générateurs de haute tension, le transformateur doit comporter un grand nombre de spires sur son circuit électrique secondaire. Dans ce cas, les épaisseurs des couches constitutives, isolante et conductrice, doivent être suffisamment fines (de l'ordure du micron à la dizaine de microns) pour obtenir un encombrement total satisfaisant. La structure décrite ci-dessus de l'enroulement secondaire du transformateur suivant l'invention apporte plusieurs avantages. Tout d'abord il apparaît que le film en matière isolante qui sépare deux spires consécutives du ruban conducteur ne supporte qu'une différence de potentiel qui correspond à un tour du bobinage. Cette différence de potentiel est faible et par conséquent les contraintes électriques supportées par le film sont limitées. En outre la difference de potentiel total aux extrémites 12, 12' (figure 4) de l'enroulement secondaire est ainsi régulièrement répartie dans toute l'épaisseur de la bobine. L'obtention d'une bonne isolation de l'enroulement en est facilitée en particulier dans le cas où l'enroulement compte un nombre de spires élevé. Suivant l'invention, on peut encore améliorer la qualité de cette isolation en alimentant le primaire du transformateur suivant l'invention de manière que l'extrémité 12' de l'enroulement secondaire où apparaît le plus fort potentiel se situe a l'intérieur de la bobine, la haute tension étant alors confinée dans un espace réduit intérieur à cette bobine et donc isolé par celle-ci. L'autre borne 12, de reférence, de l'enroulement secondaire se trouve alors à l'extérieur de la bobine et ne présente pas de problème difficile d'isolation. Pour connecter les extrémités intérieure (12') et extérieure (12) du ruban métallique à un circuit d'exploitation extérieur de la haute tension délivrée entre ces extrémités, on peut fixer sur celles-ci des organes de connexion tel que celui représenté à la figure 5. Un tel organe prend la forme d'une cosse métallique présentant une section en U dont les branches 15 et 16 pincent en sandwich une extrémité de la couche métallique et celle du support isolant adjacent. D'une des deux branches 15, 16 déborde une patte 17 qui sort de l'enroulement pour constituer une borne de sortie de celui-ci. On notera que la faible épaisseur du ruban métallique rend le transformateur suivant l'invention particulièrement bien adapté à des applications "haute fréquence" du fait que la section offerte par un tel ruban à la circulation du courant correspond à celle dans laquelle l'effet de peau est négligeable. La présence d'un isolant entre des spires adjacentes fait apparaître dans un enroulement inductif du type de ceux que l'on trouve classiquement dans un transformateur, des capacités entre spires consécutives. Dans l'enroulement secondaire du transformateur suivant l'invention, une telle capacité est fonction de la surface des plages en regard de deux spires conductrices consécutives. Il est clair que si la largeur du ruban conducteur reste constante, la capacité entre spires adjacentes va croître de l'intérieur de l'enroulement vers l'extérieur de celui-ci, du fait de l'allongement de la longueur des spires, selon la formule suivante C = E,2nr.h/e ou r représente la distance de la spire à l'axe de la bobine (rayon), h représente la largeur du ruban électriquement conducteur, e l'épaisseur du ruban isolant et la permitivité. Cette distribution non uniforme de la valeur de cette capacité est défavorable à l'obtention d'une bonne isolation de l'enroulement, qui demande plutôt une distribution uniforme de cette capacité. Pour obtenir une telle distribution uniforme on utilise, suivant l'invention, un ruban électriquement conducteur dont la largeur diminue de l'intérieur de l'enroulement vers l'extérieur de l'enroulement de façon inversement proportionnelle au rayon, de manière à compenser l'allongement de la longueur des spires. Bien entendu, on pourrait faire varier cette capacité suivant d'autres critères en adoptant d'autres lois de variation de la largeur du ruban électriquement conducteur en fonction de la distance de la spire à l'axe de la bobine. On notera qu'un transformateur suivant l'invention dans le cas d'utilisations en impulsions ou hautes fréquences, peut comprendre un couplage sans matériau magnétique (couplage dans l'air par exemple). Un transformateur suivant l'invention trouve tout particulièrement, mais non exclusivement, application dans un circuit d'allumage électrique de moteur a combustion interne muni d'au moins une chambre de combustion d'un mélange air-carburant. Un tel circuit comprend en outre classiquement une bougie d'allumage placée dans la chambre de combustion et alimentée par un générateur de haute tension électrique pour former une étincelle électrique d'allumage dans la chambre. Un tel générateur peut être constitué avantageusement par un transformateur suivant l'invention dont l'enroulement primaire est connecté à une source d'énergie électrique et dont les organes de connexion de l'enroulement secondaire sont connectés respectivement aux électrodes de la bougie. Du fait du faible encombrement de l'enroulement secondaire du transformateur suivant l'invention, celui-ci convient plus particulièrement encore à un tel circuit d'allumage d'un moteur comprenant plusieurs chambres de combustion, et dans lequel la bougie d'allumage de chaque chambre est alimentée par l'enroulement secondaire d'un transformateur particulier qui lui est associé. REVENDICATIONS 1. Transformateur électrique à haute tension de sortie, comprenant un enroulement primaire et un enroulement secondaire courlis magnétiquement, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire est constitué par un ruban (7) électriquement conducteur accolé à un film (8) en matière isolante, le ruban (7) et le film (8) accolés étant enroulés en bobine, des organes de connexion en contact électrique avec les extrémités intérieure (12') et extérieure (12), respectivement, du ruban bobiné constituant les bornes de sortie de l'enroulement secondaire. 2. Transformateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le ruban électriquement conducteur (7) et le film (8) constituent deux pièces distinctes bobinées en superposition. 3. Transformateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le ruban électriquement conducteur (7) est formé par enduction d'une face du film (8) en matière isolante avec un matériau électriquement conducteur. 4. Transformateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le film isolant (8) est forme par enduction d'une face du ruban électriquement conducteur (7) avec un matériau isolant. 5. Transformateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la largeur du ruban électriquement conducteur (7) varie d'une extrémité à l'autre de ce ruban. 6. Transformateur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que la largeur du ruban électriquement conducteur (7) décroît de l'intérieur de la bobine à l'extérieur de celle-ci, de manière à maintenir constante dans toute la bobine les capacités entre spires adjacentes. 7. Transformateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la largeur du film (8) en matière isolante est constante et toujours supérieure à celle du ruban électriquement conducteur (7) accolé. 8. Transformateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'enroulement primaire est alimenté de manière à porter à haute tension l'organe de connexion du secondaire en contact électrique avec l'extrémité (12') du ruban électriquement conducteur intérieure a la bobine 9. Transformateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chacun (13) des organes de connexion de l'enroulement secondaire est constitué par une cosse comportant une section en forme de U (15, 16) pour pincer une extrémité de l'ensemble accolé ruban électriquement conducteur/film isolant et une patte de connexion électrique (17) pour raccorder le ruban à un circuit électrique extérieur. 10. Circuit d'allumage pour moteur à combustion interne muni d'au moins une chambre de combustion d'un mélange air/carburant, du type qui comprend en outre une bougie placée dans la chambre de combustion et alimentée par un générateur de haute tension électrique pour former une étincelle électrique d'allumage dans la chambre, caractérisé en ce que le générateur est constitue par un transformateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, dont l'enroulement primaire est connecté à une source d'énergie électrique et dont les organes de connexion de l'enroulement secondaire sont connectés respectivement aux électrodes de la bougie. 11. Circuit conforme a la revendication 10, pour l'allumage d'un moteur å combustion interne comprenant plusieurs chambres de combustion, caractérisé en ce que la bougie d'allumage de chaque chambre est alimentée par l'enroulement secondaire d'un transformateur particulier qui lui est associé.