Brevet FR2697113A1 — publié le 19940422

BOBINE D'INDUCTION MONTEE DANS UN VIDE POUSSE OU EN MILIEU AGRESSIF POUR EXCITATEUR ELECTROMAGNETIQUE, SON PROCEDE DE FABRICATION DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne les excitateurs électromagnétiques mettant en oeuvre une bobine d'induction et étant utilisés sous vide. Une application particulière est prévue pour réaliser des essais sous vide, consistant à soumettre alternativement deux cibles différentes à un faisceau de protons, dans le but de connaître l'incidence de l'hydrogène sur la polarisation d'un tel faisceau de protons. ART ANTERIEUR ET PROBLEME POSE Dans le cadre de certaines études de physique, en particulier pour connaître l'incidence de l'hydrogène sur la polarisation des faisceaux de protons à différentes énergies, on éprouve le besoin de soumettre alternativement deux cibles à un tel faisceau. Ces essais doivent avoir lieu sous vide, en suivant une certaine cadence déterminée (par exemple, 1 Hertz) où les cibles sont soit en carbone (C), soit en polyster (CH2). On peut également prévoir de supprimer une cible pour permettre ainsi de connaître le niveau du bruit de fond, dans le but détalonner la chaîne de mesure. I1 s'avère donc utile de disposer d'un système mécanique permettant de placer alternativement deux cibles en face du faisceau de protons. Ce mouvement alternatif doit être régulier et effectué pendant une très longue durée. Des dispositifs utilisant un moteur entraînant un système bielle-manivelle ou utilisant un vérin à double effet ont déjà été utilisés. Or, les mesures devant être effectuées sous vide, il est indispensable d'utiliser des soufflets métalliques pour isoler le mécanisme de commande, placé à l'extérieur et soumis à la pression atmosphérique, des cibles qui sont sous vide. Compte tenu du nombre très important de mouvements alternatifs et des grandes amplitudes qui sont imposés au soufflet, le phénomène de fatigue limite rapidement la durée de vie de celui-ci. Le but de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif d'essais équipé d'un excitateur électromagnétique placé à l'intérieur de l'enceinte sous vide. Or, les bobines des excitateurs électromagnétiques existants sont constituées d'un grand nombre de couches de conducteurs bobinées autour d'un noyau. Le maintien de ces fils conducteurs est effectué par un collage, par exemple avec une colle époxy, du type "Araldite". Un tel enroulement ainsi constitué enferme des molécules d'air entre les spires. En conséquence, il dégaze énormément lorsqu'il est placé sous vide. Ce phénomène rend inacceptable ce type de bobine.De plus, cet ensemble ne supporte pas une opération d'étuvage et a une température de fonctionnement limitée (inférieure à 50 ). Enfin, le taux de désorption de cette bobine D, à 100 h et à 20"C est trop important ; D > 9.10 5 Pa.m.s 1. L'invention propose un type de bobine différent de celle précitée. RESUME DE L'INVENTION Un premier objet principal de l'invention est une bobine d'induction pour excitateur électromagnétique utilisable sous vide et comprenant - un noyau en matériau isolant ; et - un enroulement métallique autour du noyau. Selon l'invention, l'enroulement métallique est constitué d'un remplissage métallique. La principale réalisation de cette bobine prévoit que ce dépôt est du cuivre. De même, le noyau est de préférence en un matériau, appelé "Noryl", qui est un polyoxyphénylène modifié. Dans sa réalisation principale, le noyau possède des georges qui sont de préférence hélicoïdales. I1 est avantageux de prévoir un dépôt et des gorges à la fois sur la surface intérieure et la surface extérieure du noyau. On obtient ainsi un dépôt assez épais permettant le passage d'un courant plus important sans la détérioration des conducteurs, comparativement au bobinage d'un fil de faible section. Un deuxième objet principal de l'invention est un procédé de fabrication de la bobine précitée. Le procédé comprend les étapes suivantes - usinage d'un noyau avec des gorges hélicoïdales - attaque du noyau au moyen d'acide sulfurique et d'acide chromique - rinçage du noyau - dépôt d'une mince couche d'accrochage sur le noyau - dépôt d'une première couche de cuivre dans les gorges - usinage latéral du noyau couvert pour obtenir une épaisseur constante de cuivre les deux dernières opérations étant répétées jusqu'à l'obtention d'un dépôt assez épais ; et - ajustement des diamètres interne et externe sans aucun dépôt entre les gorges. LISTE DES FIGURES L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnée de deux figures représentant respectivement - figure 1, en coupe partielle, la bobine selon l'invention ; et - figure 2, en vue cavalière, le dispositif d'essais utilisant la bobine selon l'invention ; et DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION La bobine Comme précisé précédemment, la principale caractéristique technique de la bobine est que son enroulement métallique n'est pas réalisé par un enroulement d'un ou de plusieurs fils métalliques, mais par un simple dépôt métallique. A cet effet, on utilise de préférence du cuivre. Le noyau de cette bobine est en un matériau isolant ayant de bonnes caractéristiques mécaniques. I1 est de préférence constitué d'un polyoxyphénylène de type modifié, tel que le matériau appelé "Noryl", mais tous types de matières plastiques ou céramiques conviennent. Ce matériau est avantageusement utilisé lorsqu'il est chargé à 30 % de fibre de verre traitée, de manière à pouvoir être utilisée dans le vide. On obtient ainsi une densité du noyau égale à 1,27, une température maximale d'utilisation de l'ordre de 1600C pendant des courtes durées. Comme le montre la coupe de la figure 1, une réalisation préférentielle de la bobine prévoit que le noyau 3 comporte des rainures 1 et 2 dans lesquelles est effectué le dépôt métallique 4. Dans cette réalisation, ces rainures sont des gorges hélicoïdales. Pour augmenter le rendement d'une telle bobine, il est avantageux d'utiliser à la fois une gorge hélicoïdale externe 1, de préférence avec un pas à droite, et une gorge hélicoïdale interne 2, de préférence avec un pas à gauche, remplies chacune d'un dépôt métallique 4, interconnectées à l'extrémité. On réalise ainsi facilement un noyau 3 en "Noryl" dont les gorges ont, par exemple une largeur égale à 0,6 mm, une profondeur égale à 0,8 mm et un pas égal à 1 mm. Un aimant 14 et un entrefer 20 ont été représentés autour de la bobine 5. Le procédé de fabrication de la bobine Le procédé de fabrication d'une telle bobine comprend, bien entendu, une première étape consistant à usiner les gorges 1 et 2 dans le noyau 3 en "Noryl". La deuxième étape consiste à pratiquer une attaque de ce noyau 3 au moyen d'un acide sulfurique et d'un acide chromique. Une telle précaution permet de préparer ledépôt servant à l'accrochage du cuivre. Une troisième étape de rinçage très abondant est alors nécessaire avant d'effectuer l'étape suivante. La quatrième étape consiste alors à déposer un film de nickel-palladium au fond des gorges. Ce dépôt permet de favoriser l'accrochage de la couche de cuivre ultérieurement déposée. Le dépôt de cuivre est effectué en plusieurs couches. En conséquence, la première des étapes suivante consiste à déposer une première couche de cuivre dans les gorges 1 et 2. Ce dépôt de cuivre 4 peut être effectué au moyen d'un bain électrolytique. Le dépôt est stoppé lorsque les gorges 1 et 2 sont pratiquement remplies. L'étape suivante consiste alors à usiner les surfaces interne et externe du noyau 3 pour obtenir une épaisseur constante de cuivre en écrêtant les sommets des arêtes des gorges 1 et 2. Ce type de reprise d'usinage est impératif pour ne pas renfermer des molécules d'air avant le dépôt des couches ultérieures. En conséquence, on effectue ces deux dernières opérations jusqu'à l'obtention d'un dépôt en épaisseur de cuivre 4 homogène et suffisant. Lorsqu'on estime que le remplissage des gorges 1 et 2 est complet, on ajuste alors les diamètres intérieur et extérieur du noyau 3 de la bobine aux cotes nominales désirées. I1 est important de bien veiller à ce que les cloisons entre les gorges 1 et 2 séparent bien le dépôt de cuivre 4 afin d'assurer un bon isolement électrique. Avantages de la bobine Une telle bobine 5 constituée d'un dépôt ne possède aucune cavité dans sa section et ne contient donc pratiquement pas d'air. De plus, elle n'utilise pas de colle pour maintenir le dépôt métallique dans les rainures ; les colles utilisées ordinairement dégazent beaucoup. Enfin, la surface du noyau exposée au vide est minimale et n'offre donc qu'une possibilité réduite de dégazage. De ce fait, la bobine 5 a un taux de désorption D calculé relativement faible : D Le dépôt conducteur 4, de préférence en cuivre, se trouvant dans les gorges 1 et 2 usinées avec précision, l'entrefer 20 avec l'aimant 14 peut être réduit. De ce fait, on augmente considérablement le rendement de l'effort transmis par la bobine 5 pour un courant donné. Le fait que cette bobine 5 possède un dépôt intérieur et un dépôt extérieur permet également d'améliorer le rendement de l'excitateur sur lequel la bobine est installée. Un gain de rendement de 40 % peut ainsi être obtenu. Le conducteur 4 est automatiquement protégé mécaniquement des frottements, rayures ou chocs extérieurs, car il est complètement incrusté à l'intérieur les gorges 1 et 2. La réalisation d'une telle bobine est plus aisée que celle de l'art antérieur, pour des mêmes dimensions. L'usinage sur une machine automatique ou semi-automatique permet d'obtenir facilement les rainures hélicoïdales. La réalisation du dépôt de cuivre ne présente pas de difficulté particulière si les étapes précédentes sont respectées. L'absence de spires confère une meilleure dissipation thermique lors de l'échauffement par passage du courant. La bobine peut fonctionner à des températures pouvant avoisiner 100"C, sans détérioration de ces caractéristiques. Etant donné que l'on peut développer des forces assez importantes de 1 à 100 N, il est possible de commander l'ouverture et la fermeture de vannes à des vitesses élevées avec de grands déplacements, plus et moins 50 mm. Différentes applications de la bobine Par sa conception (métallisation dans des gorges épaisses), il est possible de l'utiliser avantageusement dans différents milieux, tel que le vide ou les endroits agressifs, etc. Cela est possible grâce à l'absence du collage des conducteurs. Dans le cadre de l'utilisation d'un excitateur électromagnétique à déplacement contrôlé sous vide, la bobine peut être utilisée pour commander des mécanismes différents, tels que des ouvertures de diaphragme dans le cadre de la réalisation de semi-conducteurs. Pour des applications physiques expérimentales, un excitateur électromagnétique équipé d'une telle bobine peut rentrer dans la fabrication des vannes. I1 est ainsi possible de contrôler en continu la fermeture et l'ouverture de telles vannes. La conception à haut rendement et à déplacement important d'un excitateur électromagnétique équipé d'une telle bobine permet d'envisager sa mise en oeuvre dans des dispositifs devant être très endurants. On pense spécialement à l'industrie aéronautique et à l'industrie automobile. Une utilisation particulière et envisagée avec un excitateur permettant de relever la courbe de réponses en vibrations de dispositifs divers. Une telle application s'avère utile pour évaluer l'influence des jeux dans les assemblages en vibrations et accoustiques. Le dispositif d'essais sous vide En référence à la figure 2, la bobine 5 selon l'invention peut être utilisée dans un excitateur servant à actionner un dispositif d'essais devant être utilisé sous vide. Un tel dispositif sert à placer alternativement deux cibles 10A et 10B chacune à tour de rôle à un endroit précis. I1 s'agit en fait de les exposer à un faisceau de protons pour étudier l'incidence de l'hydrogène sur la polarisation d'un tel faisceau. Dans ce cas, les cibles 10A et 10B peuvent être constituées d'une cible en carbone, d'une cible en polyster ou d'une cible ne contenant rien. Ces deux cibles 10A et lOB sont montées sur un support commun 11 solidaire de la partie mobile 12 constituée principalement de la bobine 5 de l'excitateur. Le support 11 a été représenté en position basse ; deux autres positions ont été symbolisées par des traits mixtes. I1 s'agit d'une position moyenne intermédiaire et d'une position extrême pour laquelle la deuxième cible 10B prend la place de la première cible 10A. On constate sur la figure 2 que l'excitateur est placé dans un boîtier support 13. Un tel boîtier peut comporter avantageusement deux montants 14 constituant la partie fixe de l'excitateur. Ces deux montants sont des aimants permanents maintenus verticaux par des embases, l'une supérieure 15A et l'autre inférieure 15B. Le dispositif peut comporter un système annexe 16, fixé au corps 13, servant par exemple au comptage des mouvements du support 11 des cibles 10A et 10B. On aperçoit également sur cette figure 2, une tige 17 placée à l'extérieure du corps 13. Cette tige verticale 17 peut recevoir deux roulettes 18 montées libres en rotation par rapport à un axe horizontal et solidaires de la partie mobile 12. L'ensemble sert ainsi à guider les mouvements verticaux de cette partie mobile 12. On utilise ainsi au moins trois ensembles tiges montantes 17/roulettes 18 disposés autour de la partie mobile 12. REVENDICATIONS 1. Bobine d'induction (5) pour excitateur électromagnétique utilisable sous vide et comprenant - un noyau (3) en matériau isolant - un enroulement métallique autour du noyau (3), caractérisée en ce que l'enroulement métallique est un remplissage métallique (4). 2. Bobine (5) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dépôt métallique (4) est un dépôt de cuivre. 3. Bobine (5) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le noyau (3) est un noyau en polyoxyphénylène modifié du type "Noryl". 4. Bobine (5) selon la revendication 3, caractérisée en ce que le noyau (3) a des gorges (1, 2). 5. Bobine (5) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dépôt métallique (4) et les gorges (1, 2) se trouvent à la fois à l'intérieur et à l'extérieur du noyau (3). 6. Bobine (5) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les gorges (1, 2) sont hélicoïdales. 7. Procédé de fabrication d'une bobine d'induction (5) pour excitateur électromagnétique utilisable sous vide ou en milieu agressif, comprenant un noyau (3), un enroulement métallique par dépôt (4), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - usinage du noyau (3) avec des gorges hélicoïdales (1, 2) - attaque du noyau (3) au moyen d'acide sulfurique et d'acide chromique - rinçage du noyau (3 > - dépôt d'une mince couche d'accrochage sur le noyau (3) ; - dépôt d'une première couche de cuivre dans les gorges (1, 2) ; - usinage latéral du noyau (3) couvert par le dépôt métallique (4) pour obtenir une épaisseur constante de cuivre, les deux dernières opérations étant répétées jusqu'à l'obtention d'un dépôt assez épais ; et - ajustement des diamètres interne et externe sans aucun dépôt entre les gorges.