Brevet FR2757996A1 — publié le 19980703

L'invention se situe dans le domaine des transformateurs haute tension utilisés en particulier pour l'alimentation en haute tension des grilles de tube cathodiques de moniteurs ou de télévision. De tels transformateurs se partagent du point de vue de la technologie de fabrication en deux grandes familles, les transformateurs à chambres et les transformateurs en couches. Les transformateurs de ces deux familles comportent un circuit ferromagnétique et des enroulements primaires et secondaires bobinés autour d'une partie au moins du circuit magnétique. Dans les transformateurs à chambre les enroulements primaires et secondaires sont galvaniquement isolés les uns des autres par le fait qu'ils sont respectivement logés dans des chambres primaires et secondaires séparées par des cloisons isolantes. Ces chambre sont réparties le long d'une ligne axiale du circuit magnétique. Dans les transformateurs en couches les enroulements primaires et secondaires sont montés autour d'une partie du circuit magnétique, en couches coaxiales concentriques. Le transformateur selon l'invention se situe dans cette dernière catégorie, celle des transformateurs en couches. Ces transformateurs sont déjà largement connus et ont été décrits dans de nombreuses publications. On peut citer à titre d'exemples de telles publications le brevet n FR 2.726.686 au nom de la demanderesse ou encore la demande de brevet GB 2298318-A, au nom de Murata. Une vue éclatée d'un transformateur en couches, connu est représentée figure 1 et sera commentée ci-après: Le transformateur haute tension 100 représenté figure 1 est destiné à l'alimentation d'un tube cathodique non représenté. Il comprends autour d'un noyau en matériau ferromagnétique non représenté un premier corps de bobine 1 portant des enroulements primaires et secondaires référencés globalement 2. Un second corps de bobine référencé 3 porte des enroulements dits tertiaire 4 pour les distinguer des enroulements secondaires portés par le corps de bobine 1. C'est ce second corps de bobine qui porte les enroulements haute tension d'alimentation des grilles du tube cathodique. Les deux corps de bobine 1 et 3 sont en position montée, concentriques l'un de l'autre, le corps de bobine 1 primaire se situant à l'intérieur du corps de bobine 3 tertiaire. L'ensemble des deux bobines ainsi que la partie de noyau autour de laquelle sont montées les bobines 1 et 3 est logé dans un boîtier 5 en général en matière plastique isolante. Ce boîtier 5 comporte deux cheminées de sortie des hautes tensions référencées 6 et 7 respectivement, une première sortie 6 pour la haute tension d'anode et une seconde sortie 7 pour la haute tension de focalisation. Cette dernière est réglable au moyen d'un bloc potentiométrique 8 monté de façon amovible sur une face ouverte 9 du boîtier isolant 5. On notera également que le second corps de bobine 3 porte des diodes 10. Ces diodes 10 servent à joindre entre elles les extrémités des enroulements formant le tertiaire comme cela sera expliqué ci-après en liaison avec la figure 2. Cette figure représente les modes de branchement des différents enroulements représentés physiquement sur la figure 1. Il est précisé que le schéma de la figure 2 est donné à titre d'exemple et qu'il existe de nombreuses variantes également connues. L'enroulement primaire du transformateur est constitué par l'enroulement 11 branché entre des plots P repérés 1 & 2. Lorsqu'il s'agit de plots et non pas de numéro de référence les chiffres du repère sont cerclés sur la figure 2. Cet enroulement primaire 11 est couplé à travers un circuit magnétique représenté sur la figure 2 de façon schématique par deux traits verticaux, à plusieurs enroulements secondaires, des enroulements secondaires dits auxiliaires parce qu'ils produisent des tensions auxiliaires, et des enroulements secondaires haute tension parce qu'ils produisent la haute tension nécessaire au fonctionnement du tube cathodique. Les enroulements secondaires auxiliaires sont référencés 12 à 15 sur la figure 2. L'enroulement 12 branché entre des plots 3, 4 est destiné à produire une tension régulée de 4 volts. Les enroulements 13, 14, et 15 sont destinés à produire respectivement des tensions de 40, 14 volts et une tension Heater destinée au chauffage de la cathode du tube. Les enroulements 11 à 15 sont physiquement situés autour du premier corps de bobine 1. Ils constituent ensemble les enroulements primaires et secondaires qui ont été référencés 2 sur la figure 1. Les enroulements secondaires haute tension sont référencés 16 à 18. Une première extrémité 19 du premier enroulement 16 est connectée par l'intermédiaire d'un plot 7 du transformateur à la masse. La seconde extrémité 20 de l'enroulement 16 est connectée par l'intermédiaire d'une diode 10 à une première extrémité 21 du second enroulement 17. La seconde extrémité 22 de ce même enroulement 17 est connectée par l'intermédiaire d'une seconde diode 10 au troisième enroulement 18 du tertiaire 4. Sur le schéma de la figure 2 on s'est limité dans un but de clarté à trois enroulements connectés entre eux par deux diodes intermédiaires 10, de même sur la figure 1 il n'a été représenté que trois diodes intermédiaires 10. Il est cependant bien connu de l'homme du métier que ces enroulements sont présents en plus grand nombre et que les enroulements tertiaires comportent en général un nombre de diodes compris entre 5 et 7. Ces diodes sont représentées par exemple sur la figure jointe à l'abrégé du brevet GB 229831 8-A déjà cité. Les tensions de focalisation ont été représentées comme prises à partir de la première extrémité 21 du second enroulement tertiaire 17. Ces tensions sont destinées après réglage au moyen du potentiomètre 8 à l'alimentation des grilles G2 et de focalisation du tube. Enfin il a été représenté entre les plots 1 et 2 de l'enroulement primaire 11, un exemple qui ne sera pas commenté de circuit d'alimentation du primaire de tels transformateurs 100. On a représenté également des exemples de circuits de charge entre les plots 3, 4 et 6,8 des enroulements auxiliaires 12 et 13 respectivement. La façon dont les enroulements tertiaires, sont de façon connue, physiquement installés sur le corps de bobine 3 est représentée figure 3. Cette figure représente schématiquement une coupe axiale du corps de bobine 3 destinée à montrer les enroulements portés par ce corps. Les sections droites des fils enroulés autour du corps 3 sont représentés par des points noirs 23. Les fils sont enroulés sous forme de spires jointives. Cela signifie que le pas d'avancée du fil au cours de l'enroulement est égal à un diamètre de section droite du fil, par tour d'enroulement. Ce pas est obtenu de façon connue en programmant le mouvement d'un guide fil à peu près parallèlement à l'axe de la bobine. Le guide fil présente le fil sensiblement perpendiculairement à l'axe de la bobine. Si l'on veut un grand nombre de tours il faut une longueur du corps de bobine 3 égale au nombre de tours multiplié par le diamètre du fil utilisé pour réaliser l'enroulement. Cela conduit à des longueurs de corps incompatibles avec les gabarits d'insertion des transformateurs dans les alimentations. Afin de satisfaire à la contrainte d'encombrement réduit, il est connu de monter plusieurs couches d'enroulements superposées les unes aux autres. Chaque couche d'enroulement est séparée de la couche sous-jacente par une feuille isolante 24. Chaque extrémité d'un enroulement est connectée à une extrémité de l'enroulement suivant par une diode 10, en sorte que les tensions présentes aux extrémités de chaque enroulement s'ajoutent et que l'on arrive aux hautes tensions de l'ordre de 30kv nécessaire par exemple pour la tension d'anode du tube cathodique. Sur la figure 3 il n'a été représenté que deux couches d'enroulements connectées entre elles par l'intermédiaire d'une diode 10 et isolées l'une de l'autre par une couche isolante 24. Il est cependant clair comme déjà indiqué plus haut qu'un transformateur de ce type comporte en général un nombre de couches compris entre 6 et 8 et qu'il y a donc entre 5 et 7 diodes 10 et autant de couches séparatrices 24. Du fait de leur montage en couches concentriques, les i 5 transformateurs du type en couche comme celui qui vient d'être décrit, présentent de bonnes qualités électromagnétiques et en particulier une faible inductance de fuite. L'excitation des capacités parasites entre couches est très faible. Pour ces raisons, ils sont exempts de signaux parasites visibles sur l'écran du tube cathodique. Par contre ils sont relativement chers par rapport aux transformateurs à chambres en raison de la facon dont ils sont bobinés et en raison du nombre de diodes. Les transformateurs à chambres, eux, sont d'un coût moindre en raison de la facilité de leur bobinage, qui peut être réalisé de façon entièrement automatique. Leur capacité parasite est réduite. Par contre ils ont par construction d'avantage de fuites magnétiques ce qui se traduit par un parasite visible sur l'écran et connu sous le nom de "ringing". Le but de la présente invention est de réaliser un transformateur du type à couche d'un coût moindre que les transformateurs à couche connu et présentant d'assez bonnes qualités électromagnétiques pour que les parasites de "ringing" ne soient pas perceptibles à l'écran. Ce but est atteint selon l'invention en réalisant les couches de telle sorte que chaque couche comporte pour un même diamètre de fil et pour une même longueur de corps de bobine un plus grand nombre de spires. De la sorte le nombre de couche peut être réduit et en conséquence le nombre de diodes et de couches isolantes intermédiaires entre couches. Les inventeurs ont pour cela imaginé de bobiner chaque couche soit en réduisant le pas de progression du guide fil lors du bobinage à une valeur inférieure au diamètre du fil par tour d'enroulement, soit en imprimant au guide fil en cours d'enroulement un mouvement local oscillatoire d'avant en arrière puis d'arrière en avant. Dans les deux cas le résultat est sensiblement le même, les différentes spires voisines se chevauchent l'une l'autre d'une facçon désordonnée mais régulière que les inventeurs ont baptisé "en vrac rangé". Du fait du chevauchement des différentes spires voisines le nombre de spires par couche est plus grand, ce qui présente les avantages indiqués plus haut. En résumé l'invention est relative à un transformateur haute tension comportant des enroulements de fils, des enroulements primaire et des enroulements destinés à la production de hautes tensions chacun de ces enroulements ayant deux extrémités, une première et une seconde, les enroulements destinés à la production de hautes tension se trouvant en couches concentriques superposées les unes aux autres, chaque couche précédente étant séparée d'une couche suivante par une couche en matériau électriquement isolant, une extrémité d'un enroulement suivant étant connectée à une extrémité d'un enroulement précédent par l'intermédiaire d'une diode, transformateur caractérisé en ce que dans l'un au moins des enroulements destinés à la production de hautes tensions des spires voisines se chevauchent l'une l'autre en sorte que cet enroulement comporte plusieurs couches de fils superposées les unes aux autres. L'invention est également relative aux procédés pour réaliser un transformateur selon l'invention. Il s'agit d'une part d'un procédé pour la réalisation d'un transformateur haute tension comportant des enroulements de fils, des enroulements primaire et des enroulements destinés à la production de hautes tensions chacun de ces enroulements ayant deux extrémités, une première et une seconde, les enroulements destinés à la production de hautes tension se trouvant en couches concentriques superposées les unes aux autres, chaque couche précédente étant séparée d'une couche suivante par une couche en matériau électriquement isolant, une extrémité d'un enroulement suivant étant connectée à une extrémité d'un enroulement précédent par l'intermédiaire d'une diode, procédé dans lequel les enroulements destinés à la production d'une haute tension sont réalisés en faisant tourner autour d'un axe un corps de bobine, le fil de l'enroulement à réaliser étant guidé par un guide fil présentant le fil sensiblement perpendiculairement à l'axe de rotation de la bobine, le guide fil étant mobile dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la bobine procédé caractérisé en ce que pour l'un au moins des enroulements destinés à la production de hautes tensions, le guide fil a un mouvement dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la bobine dont l'avance pendant que la bobine fait un tour est inférieure au diamètre du fil constituant l'enroulement, de telle sorte que des spires voisines se chevauchent l'une l'autre et que l'enroulement réalisé comporte plusieurs couches de fils superposées les unes aux autres. Il s'agit d'autre part d'un procédé dans lequel pour une couche au moins d'un enroulement destiné à la production d'une haute tension le guide fil a un mouvement axial localement oscillatoire. Par localement oscillatoire on veut dire un mouvement selon lequel le guide fil progressant le long de l'axe de la bobine pour aller d'un bout à l'autre de la bobine effectue ce mouvement avec des retours périodiques en arrière par rapport à sa direction de progression d'un bout à l'autre de la bobine. L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels les figures l à 3 déjà décrites représentent respectivement: - Pour la figure 1 une vue en perspective éclatée des principaux composants d'un transformateur selon l'art antérieur. - Pour la figure 2 un schéma électrique faisant apparaître le mode de branchement des différents enroulements du transformateur. - Pour la figure 3 une coupe schématique axiale d'un corps de bobine portant des enroulements destinés à la production de hautes tensions et équipant un transformateur en couche selon l'art antérieur. - La figure 4 représente une coupe schématique axiale d'un corps de bobine portant des enroulements destinés à produire de hautes tensions et inclus dans un transformateur selon l'invention. Il convient tout d'abord de remarquer que l'invention ne concerne que le bobinage des enroulements destinés à produire de hautes tensions. En conséquence bien que les figures 1 et 2 soient représentatives de l'art antérieur, elles sont aussi représentatives en ce qui concerne l'architecture et les modes de branchement, d'un transformateur conforme à la présente invention. La figure 4 représente schématiquement une coupe axiale d'un corps de bobine 3 portant des enroulements destinés à la production de hautes tensions. Par rapport à la figure 3 on voit que la nouveauté introduite par l'invention est relative au mode de bobinage de l'enroulement. Le fait que les spires voisines se chevauchent l'une l'autre permet d'obtenir une plus grande épaisseur d'enroulement. L'expression spires voisines sera maintenant précisée. Une spire est une longueur de fil sensiblement égale à la circonférence de la bobine sur laquelle le fil est enroulé. Une spire peut être voisine d'une autre par le fait qu'elle est peu éloignée axialement de cette autre spire. Deux spires voisines en ce seul premier sens peuvent cependant être formées par des enroulements de fil séparés l'un de l'autre par une grande longueur de fil. Dans la présente demande deux spires sont dites voisines non seulement quand elles sont séparées l'une de l'autre par une faible distance axiale mais aussi quand la distance de fil séparant les extrémités des deux spires est faible, par exemple et pour fixer un ordre de grandeur, inférieure à 20 circonférences de bobine. Sur la figure 4 on a ainsi représenté 3 sous-couches de fils, l'ensemble des 3 sous-couches formant une couche, séparée de la couche suivante par une feuille isolante 24. Comme dans l'art antérieur une extrémité 20 du fil formant un enroulement est connectée à une extrémité 21 du fil formant l'enroulement suivant par l'intermédiaire d'une diode 10. Cependant du fait que chaque enroulement comporte pour une même longueur de bobine un plus grand nombre de spires, le nombre de couches peut être réduit, ce qui entraîne une diminution corrélative du nombre de feuilles isolantes intermédiaires 24 et du nombre de diodes 10. On obtient ainsi un transformateur 100 d'un coût réduit. Les essais effectués par la demanderesse ont montré que le transformateur ainsi obtenu ne présentait pas de "ringing" perceptible à l'oeil sur un écran d'un tube cathodique. Revendications 1) Transformateur haute tension (100) comportant des enroulements de fils, des enroulements primaire (2) et des enroulements (16, 17, 18) destinés à la production de hautes tensions chacun de ces enroulements ayant deux extrémités,(19, 20, 21, 22) une première (19, 21) et une seconde (20, 22), les enroulements (16, 17, 18) destinés à la production de hautes tension se trouvant en couches concentriques superposées les unes aux autres, chaque couche précédente (1 6, 17) étant, à l'exception d'une dernière couche (18), séparée d'une couche suivante par une couche (24) en matériau électriquement isolant, une extrémité (21) d'un enroulement suivant étant connectée à une extrémité (20) d'un enroulement précédent par l'intermédiaire d'une diode (10), transformateur caractérisé en ce que dans l'un au moins des enroulements destinés à la production de hautes tensions des spires voisines se chevauchent l'une l'autre en sorte que cet enroulement comporte plusieurs couches de fils superposées les unes aux autres. 2) Procédé pour la réalisation d'un transformateur haute tension (100) comportant des enroulements de fils, des enroulements primaire (2) et des enroulements (16, 17, 18) destinés à la production de hautes tensions chacun de ces enroulements ayant deux extrémités, une première et une seconde, les enroulements destinés à la production de hautes tension se trouvant en couches concentriques superposées les unes aux autres, chaque couche précédente étant à l'exception d'une dernière couche, séparée d'une couche suivante par une couche en matériau électriquement isolant, une extrémité d'un enroulement suivant étant connectée à une extrémité d'un enroulement précédent par I'intermédiaire d'une diode (10), procédé dans lequel les enroulements destinés à la production d'une haute tension sont réalisés en faisant tourner autour d'un axe un corps de bobine (3) le fil de l'enroulement à réaliser étant guidé par un guide fil présentant le fil sensiblement perpendiculairement à l'axe de rotation de la bobine (3) le guide fil étant mobile dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la bobine, procédé caractérisé en ce que pour l'un au moins des enroulements destinés à la production de hautes tensions le guide fil a un mouvement dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la bobine dont l'avance pendant que la bobine fait un tour est inférieure au diamètre du fil constituant l'enroulement, de telle sorte que des spires voisines se chevauchent l'une l'autre et que l'enroulement réalisé comporte plusieurs couches de fils superposées les unes aux autres. 3) Procédé pour la réalisation d'un transformateur(100) haute tension comportant des enroulements de fils, des enroulements primaire et des enroulements (16, 17, 18) destinés à la production de hautes tensions, chacun de ces enroulements ayant deux extrémités, une première et une seconde, les enroulements destinés à la production de hautes tension se trouvant en couches concentriques superposées les unes aux autres, chaque couche précédente étant à l'exception d'une dernière couche, séparée d'une couche suivante par une couche (24) en matériau électriquement isolant, une extrémité d'un enroulement suivant étant connectée à une extrémité d'un enroulement précédent par l'intermédiaire d'une diode, procédé dans lequel les enroulements destinés à la production d'une haute tension sont réalisés en faisant tourner autour d'un axe un corps de bobine (3), le fil de l'enroulement à réaliser étant guidé par un guide fil présentant le fil sensiblement perpendiculairement à l'axe de rotation de la bobine, le guide fil étant mobile dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la bobine, procédé caractérisé en ce que pour l'un au moins des enroulements destinés à la production de hautes tensions le guide fil a un mouvement dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la bobine qui est localement oscillatoire en sorte que des spires voisines se chevauchent l'une l'autre et que l'enroulement réalisé comporte plusieurs couches de fils superposées les unes aux autres. 4) Télévision ou moniteur équipé d'un transformateur selon la revendication 1.