Brevet FR2686727A1 — publié le 19930730

CONDUCTEUR ELECTRIOUE ET CABLE ELECTRIQUE CONTENANT UN TEL CONDUCTEUR La présente invention concerne un conducteur électrique destiné à être utilisé en particulier dans un câble souple coaxial ou à paire symétrique. Les câbles occupant l'espace le plus restreint possible, c'est-à-dire capables de supporter des contraintes de flexion, et donc des courbures, importantes, sont de plus10 en plus recherchés à l'heure actuelle dans le but de gagner de la place notamment dans les applications spatiales, militaires ou aéronautiques On demande de plus à ces câbles très souples d'avoir une endurance mécanique (c'est-à-dire une bonne résistance à des contraintes répétées15 périodiquement) et des performances électriques acceptables compte-tenu des applications effectuées. C'est en général au niveau des conducteurs de ces câbles que se pose le problème de la souplesse. On connaît actuellement deux types de câbles coaxiaux répondant soit à des exigences en termes de souplesse, soit à des exigences en termes d'affaiblissement linéique. Un premier type de câble coaxial à faible affaiblissement linéique comporte par exemple, disposés coaxialement de l'intérieur vers l'extérieur: une âme centrale constituée d'un conducteur métallique massif, appelée âme massive, une enveloppe en un matériau diélectrique de densité supérieure à 1, un conducteur extérieur constitué par exemple d'une tresse de rubans métalliques à laquelle est superposée une tresse de fils de section circulaire, une gaine extérieure de protection en un matériau isolant. Un câble de ce type est considéré comme satisfaisant du point de vue de son affaiblissement linéique: ce dernier est de l'ordre de 0,12 à 0,13 d B/m à 1 G Hz pour un câble de mm de diamètre. En revanche, un tel câble présente un rayon de courbure minimal égal environ à huit fois son diamètre extérieur et une endurance mécanique médiocre Pour des rayons de courbure inférieurs à cette valeur, l'âme massive du câble subit des dégradations préjudiciables C'est d'ailleurs grâce à l'utilisation d'un matériau de densité supérieure à 1 pour l'enveloppe que l'âme centrale est10 maintenue mécaniquement et permet de garantir les valeurs d'affaiblissement linéique données ci- dessus lorsque le rayon de courbure imposé au câble est égal à huit fois son diamètre extérieur. Pour augmenter la souplesse de ces câbles, on a alors pensé à remplacer l'âme centrale massive par un toron de fils conducteurs constituant "l'âme divisée" du câble, et le matériau diélectrique constituant l'enveloppe par un matériau de densité inférieure à 1. Dans ce cas, les rayons de courbure minimaux atteints sont de l'ordre de quatre à cinq fois le diamètre extérieur du câble, ce qui représente un gain important par rapport aux câbles à âme massive précédents, et l'endurance mécanique est améliorée. Néanmoins, les performances électriques de ces câbles sont peu satisfaisantes comparées à celles des câbles à âme massive Notamment, l'affaiblissement linéique pour un câble à âme divisée dont le conducteur central a un diamètre sur âme égal au diamètre de l'âme massive du câble précédent (on appelle diamètre sur âme le diamètre du cercle circonscrit au toron) est de l'ordre de 30 % supérieur à celui du câble à âme massive. Des problèmes similaires sont observés dans les câbles à paire symétrique, dans lesquels deux conducteurs isolés, massifs ou divisés, sont insérés dans une gaine de35 protection. Ainsi, les conducteurs utilisés dans les différents câbles connus ne permettent pas de répondre à la fois aux exigences en termes de performances électriques (affaiblissement linéique proche de 0,12 à 0, 13 d B/m environ à 1 G Hz pour un câble de 10 mm de diamètre), et aux exigences de souplesse (rayon de courbure minimal de l'ordre de trois à cinq fois le diamètre extérieur du câble) et d'endurance mécanique. La présente invention a donc pour but de réaliser un conducteur électrique dont l'utilisation dans un câble permet à ce dernier d'avoir un affaiblissement linéique comparable à celui des câbles à âme massive et un rayon de courbure et une endurance mécanique comparables à ceux des câbles à âme divisée.15 La présente invention propose à cet effet un conducteur électrique comprenant un toron de fils conducteurs, caractérisé en ce qu'un ruban métallique est rubané avec recouvrement autour dudit toron. Grâce à ce ruban métallique, on conserve la souplesse de l'âme divisée tout en assurant une meilleure répartition des densités de courant à la surface du conducteur, ce qui permet d'obtenir une meilleure répartition du champ électromagnétique dans un câble contenant le conducteur selon l'invention; ceci garantit le25 long d'un tel câble un affaiblissement linéique supérieur de % au maximum à celui d'un câble identique possédant une âme massive de même diamètre que celui du conducteur selon l'invention. Avantageusement, une enveloppe en un matériau diélectrique, appelée peau diélectrique, est disposée autour du ruban métallique de manière à le maintenir mécaniquement. La peau diélectrique peut être obtenue par extrusion ou rubanage autour du ruban métallique. Lorsqu'elle est extrudée autour du ruban métallique, elle peut être constituée de polytétrafluoroéthylène (PTFE), de résine perfluoroalkoxy (PFA), de copolymère d'éthylène et de propylène fluoré (FEP), d'éthylènetétrafluoroéthylène (ETFE), de polyéther-éthercétone (PEEK), de polyéthylène (PE) ou de polypropylène (PP). La peau diélectrique peut aussi être constituée d'un ruban à base de PTFE ou d'un ruban composite à base de polyimide et de PTFE, ou de polyimide et de FEP, ou de polyimide et de résine PFA, rubané avec recouvrement autour du ruban métallique et dont les spires peuvent être ou non soudées entre elles.10 Avantageusement, le matériau constituant la peau diélectrique est massif pour permettre un maintien mécanique suffisant du ruban métallique. Selon une première utilisation possible, le conducteur selon l'invention peut appartenir à un câble électrique dans lequel il est entouré d'une enveloppe en un matériau diélectrique comme le PTFE expansé, le PE expansé ou tout autre matériau expansé de densité inférieure à la moitié de celle du même matériau non expansé, elle-même insérée dans une gaine de protection extérieure en un20 matériau isolant. Le câble électrique peut également comporter un conducteur extérieur disposé entre l'enveloppe et la gaine de protection. Le conducteur extérieur peut être constitué d'un ruban de cuivre argenté posé en hélice sur l'enveloppe ou d'une ou de deux tresses de cuivre argenté. Selon un second mode d'utilisation possible, deux conducteurs selon l'invention peuvent appartenir à un câble électrique dans lequel ils sont éventuellement entourés l'un et l'autre d'une enveloppe en un matériau diélectrique et insérés tous deux si besoin est dans une gaine de protection extérieure en un matériau isolant. Ce câble peut comporter également un conducteur extérieur disposé immédiatement sous la gaine de protection extérieure ou directement en relation avec le milieu extérieur au câble, et semblable à celui décrit plus haut. Le matériau diélectrique constituant les enveloppes peut être du PTFE expansé, du PE expansé ou tout autre matériau expansé ayant de préférence une densité inférieure à la moitié de celle du même matériau non expansé Une telle densité permet à l'enveloppe de contribuer à la souplesse de l'ensemble. Les enveloppes peuvent aussi être obtenues par rubanage ou extrusion. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante d'un conducteur électrique selon l'invention, donnée à titre illustratif et nullement limitatif. La figure unique représente en perspective éclatée un câble coaxial dont l'âme est constituée d'un conducteur selon l'invention. Le câble 1 comprend, disposés coaxialement de l'intérieur vers l'extérieur: un toron 2 de fils métalliques 20, le diamètre sur âme du toron 2 étant de 3,1 mm, un ruban métallique 3 en cuivre argenté par exemple, rubané autour du toron 2 avec recouvrement, de sorte que le diamètre de l'ensemble est de 3,2 mm, une enveloppe 4, appelée également peau diélectrique, en PTFE massif de densité environ égale à 2 et d'épaisseur égale à 0,15 mm environ, une enveloppe 5 en PTFE expansé de densité inférieure à 1, et d'épaisseur égale à 4,65 mm, une tresse 6 de rubans métalliques à laquelle est superposée une tresse 7 de fils métalliques de section circulaire, le diamètre de l'ensemble étant alors de 8,8 mm, une gaine extérieure de protection 8 en un matériau isolant, d'épaisseur égale à 2 mm. Le ruban 3 confère à l'âme divisée 2 des propriétés électriques peu éloignées de celles d'une âme massive tout en garantissant au câble 1 la même souplesse qu'un câble à âme divisée classique Ainsi, l'affaiblissement linéique du câble 1 est de l'ordre de 10 % supérieur à celui d'un câble à âme massive en tout point identique par ailleurs, et le rayon de courbure minimal atteint est de trois à cinq fois le diamètre extérieur du câble Le câble utilisant un5 conducteur selon l'invention permet donc d'associer les avantages d'un câble à âme massive à ceux d'un câble à âme divisée. Par ailleurs, lorsque le câble est utilisé à des fréquences élevées (typiquement de l'ordre de 100 M Hz), une très faible épaisseur de métallisation suffit au niveau du conducteur central, et ce en raison de l'effet de peau; alors que l'âme divisée des câbles souples classiques est peu performante aux hautes fréquences du fait de l'irrégularité de sa surface extérieure, le conducteur selon15 l'invention permet une utilisation optimale grâce à la présence d'un ruban métallique de faible épaisseur, compatible avec l'épaisseur de peau. En outre, la peau diélectrique 4 assure un maintien mécanique du ruban 3 lorsque le câble 1 est soumis à des contraintes de flexion, ce qui permet d'éviter, le cas échéant, l'ouverture du ruban 3 En effet, l'ouverture du ruban 3 risquerait d'entraîner des variations indésirables de l'affaiblissement linéique du câble autour de sa valeur nominale.25 Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, et elle peut s'appliquer, si le besoin s'en fait sentir, à d'autres types de câbles que les câbles coaxiaux. L'invention s'applique par exemple aux câbles dits à paire symétrique (par opposition aux câbles coaxiaux qui sont parfois appelés câbles à paire coaxiale) Ces câbles comportent de manière connue deux âmes divisées éventuellement entourées l'une et l'autre d'une enveloppe en un matériau diélectrique du même type que l'enveloppe 5, et placées côte à côte ou assemblées en hélice L'ensemble peut être recouvert d'une gaine diélectrique, puis d'un blindage métallique, et peut être protégé par une gaine externe de protection en un matériau isolant Selon l'invention, chacune des âmes de la paire est entourée d'un ruban métallique puis éventuellement d'une peau diélectrique avant5 d'être isolée si besoin est au moyen de l'enveloppe en un matériau diélectrique. La peau diélectrique peut être obtenue par rubanage ou extrusion, et constituée d'un autre matériau diélectrique que le PTFE Elle peut par exemple être constituée d'un10 ruban à base de polyimide et de PTFE comme le "KAPTON" (marque déposée) Elle doit cependant avoir une densité suffisante, c'est-à-dire en pratique être constituée d'un matériau non expansé (ou massif) pour permettre le maintien mécanique du ruban métallique La peau diélectrique n'est15 pas nécessaire dans tous les cas, et le câble selon l'invention peut ou non en être muni. De même, l'enveloppe diélectrique peut être également obtenue par rubanage ou extrusion Elle peut être constituée de tout autre matériau diélectrique que le PTFE expansé, du moment que sa densité n'empêche pas le câble d'atteindre les rayons de courbure et l'endurance souhaités. Lorsque l'enveloppe diélectrique et/ou la peau diélectrique sont rubanées, elles peuvent subir un traitement thermique classique à chaud permettant de souder25 entre elles les différentes spires du rubanage et d'obtenir une enveloppe homogène de bonne tenue mécanique. D'autre part, le conducteur extérieur peut être constitué d'une seule tresse métallique à base de rubans ou de fils, ou d'un ruban métallique posé en hélice autour de30 l'enveloppe diélectrique. Enfin, on pourra remplacer tout moyen par un moyen équivalent sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1/ Conducteur électrique comprenant un toron ( 2) de fils conducteurs ( 20), caractérisé en ce qu'un ruban métallique ( 3) est rubané avec recouvrement autour dudit toron ( 2). 2/ Conducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une enveloppe ( 4) en un matériau diélectrique, appelée peau diélectrique, est disposée autour dudit ruban métallique ( 3) de manière à le maintenir. 3/ Conducteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite peau diélectrique ( 4) est obtenue par extrusion ou rubanage autour dudit ruban métallique. 4/ Conducteur selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que ladite peau ( 4) est extrudée autour dudit ruban métallique et constituée d'un matériau choisi15 parmi le PTFE, la résine PFA, le FEP, 1 'ETFE, le PEEK, le PE et le PP. / Conducteur selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que ladite peau ( 4) est constituée d'un ruban à base de PTFE ou d'un ruban à base de polyimide et de20 PTFE, ou d'un ruban à base de polyimide et de résine PFA, ou d'un ruban à base de polyimide et de FEP rubané avec recouvrement autour dudit ruban métallique. 6/ Conducteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que les spires dudit ruban sont soudées entre elles. 7/ Conducteur selon l'une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que ledit matériau constituant ladite peau diélectrique ( 4) est massif. 8/ Câble électrique caractérisé en ce qu'il comporte au moins un conducteur selon l'une des revendications 1 à 7. 9/ Câble électrique caractérisé en ce qu'il comporte un conducteur selon l'une des revendications 1 à 7 entouré d'une enveloppe ( 5) en un matériau diélectrique elle-même insérée dans une gaine de protection extérieure ( 8) en un matériau isolant.35 10/ Câble selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit matériau diélectrique constituant ladite enveloppe ( 5) est expansé et a une densité inférieure à la moitié de celle du même matériau non expansé. 11/ Câble selon la revendication 10 caractérisé en ce que ledit matériau diélectrique est du PTFE expansé ou du PE expansé. 12/ Câble selon l'une des revendications 8 à il caractérisé en ce que ladite enveloppe ( 5) est obtenue par rubanage ou extrusion. 13/ Câble caractérisé en ce qu'il comporte deux conducteurs selon l'une des revendications 1 à 7. 14/ Câble selon la revendication 13 caractérisé en ce que lesdits conducteurs sont assemblés en hélice ou disposés en long. 15/ Câble selon l'une des revendications 13 ou 14 caractérisé en ce que lesdits conducteurs sont entourés chacun d'une enveloppe en un matériau diélectrique. 16/ Câble selon la revendication 15 caractérisé en ce que ledit matériau diélectrique constituant lesdites enveloppes est expansé et a une densité inférieure à la moitié de celle20 du même matériau non expansé. 17/ Câble selon la revendication 16 caractérisé en ce que ledit matériau diélectrique constituant lesdites enveloppes est du PTFE expansé ou du PE expansé. 18/ Câble selon l'une des revendications 15 à 17 caractérisé en ce que la ou lesdites enveloppes sont obtenues par rubanage ou extrusion. 19/ Câble selon l'une des revendications 13 à 18 caractérisé en ce que lesdits conducteurs sont insérés dans une gaine de protection extérieure en un matériau isolant.30 20/ Câble selon l'une des revendications 8 à 19 caractérisé en ce qu'il comporte un conducteur extérieur. 21/ Câble selon la revendication 20 caractérisé en ce que ledit conducteur extérieur est constitué d'un ruban métallique posé en hélice sur ladite enveloppe ou d'une ou35 de deux tresses métalliques ( 6, 7). 22/ Câble selon l'une des revendications 20 ou 21 caractérisé en ce que ledit conducteur extérieur est constitué de cuivre argenté.