Brevet FR2769787A1 — publié le 19990416

Support modulaire pour les éléments fonctionnels d'un bloc d'alimentation haute-tension et bloc ainsi obtenu La présente invention concerne un bloc d'alimentation haute- tension, en particulier pour un tube à rayons-X dans lequel l'ensemble des composants fonctionnels de l'alimentation haute-tension sont contenus dans un unique boîtier. Plus particulièrement, la présente invention concerne un support modulaire pour bloc d'alimentation haute-tension dans lequel, l'ensemble des composants fonctionnels de l'alimentation haute- tension sont supportés par le support modulaire en matériau électriquement isolant, le support modulaire avec les composants fonctionnels étant disposé dans un unique boîtier métallique relié à la masse et rempli d'un fluide électriquement isolant et favorisant la conduction thermique. Les tubes à rayons-X comportent une cathode de type à filament qui émet un faisceau d'électrons en direction d'une anode. L'anode, sous l'action du faisceau d'électrons, émet un faisceau de rayons X. Afin d'obtenir un faisceau d'électrons d'énergie élevée, le faisceau d'électrons émis par la cathode est accéléré au moyen d'un champ électrique intense créé entre la cathode et l'anode. A cette fin, l'anode est amenée à un potentiel positif par rapport à la cathode, la différence de potentiel entre l'anode et la cathode atteignant généralement des valeurs de 150kV ou plus. Ces différences de potentiel extrêmement élevées sont fournies par des dispositifs haute- tension. Les éléments fonctionnels de ces dispositifs haute-tension sont enfermés dans un boîtier métallique à la masse rempli d'un liquide électriquement isolant et réfrigérant. Les éléments fonctionnels comprennent classiquement un transformateur HT à rapport élevé comportant des enroulements primaires et secondaires, un noyau magnétique, des redresseurs HT et des condensateurs de filtrage HT. Plus précisément, le transformateur comporte des enroulements primaires auxquels sont appliquées des tensions alternatives fournies par un convertisseur de puissance et des enroulements secondaires reliés à des circuits redresseurs doubleurs de tension. Les circuits redresseurs-doubleurs de tension de chacun des enroulements secondaires sont reliés ensemble de manière que leurs tensions s'ajoutent. En respectant la polarité des redresseurs, on peut ajouter des tensions positives ou négatives pour obtenir le niveau de tension élevé nécessaire à l'alimentation du tube à rayons-X. La sortie haute-tension à l'intérieur du bloc HT est protégée par des résistances reliées à travers la plaque de couverture du boîtier HT à des connecteurs HT hermétiquement fixés, des réceptacles recevant les broches de connecteur du câble HT reliant le dispositif HT au tube à rayons-X. Les sorties HT sont également reliées à l'intérieur du bloc HT à des résistances de division de la tension qui forment la partie supérieure d'un diviseur de tension fournissant une basse tension proportionnelle au niveau de la haute tension de sortie. On trouve également dans le boîtier les conducteurs nécessaires pour relier électriquement entre eux les éléments fonctionnels et le dispositif d'alimentation HT au tube à rayons-X. Tous les éléments fonctionnels doivent être supportés dans le boîtier et électriquement isolés les uns des autres. La présente invention a donc pour objet un support pour les éléments fonctionnels d'un bloc HT assurant à la fois le support des éléments fonctionnels et leur isolation électrique qui comporte un minimum de pièces, soit facile à fabriquer et de faible coût. La présente invention a également pour objet un support pour les éléments fonctionnels d'un bloc HT tel que défini précédemment, sur lequel sont regroupés tous les composants d'un transformateur HT, les plaquettes des circuits redresseurs-doubleurs de tension, les boîtes des résistances du diviseur de tension et les résistances de protection de sortie. La présente invention a encore pour objet un support tel que défini précédemment, incorporant également une unité de sortie HT regroupant les réceptacles de sortie HT, les transformateurs de filament et dans certains cas, le commutateur de sortie HT. On atteint les buts ci-dessus selon l'invention en fournissant un support modulaire pour bloc d'alimentation HT comprenant des logements ayant des parois électriquement isolantes et destinés à recevoir des éléments fonctionnels du bloc d'alimentation HT caractérisé par le fait que les parois électriquement isolantes des logements sont formées par deux parois saillantes ayant des surfaces inclinées complémentaires se chevauchant. Dans une réalisation de l'invention, le support modulaire pour bloc d'alimentation HT, en particulier pour l'alimentation d'un tube à rayons X comprend: - un module central formé de deux parties de configuration identique comportant une base et des parois faisant saillies à partir de la base, ces deux parties étant réunies entre elles par leurs bases symétriquement par rapport à un axe vertical central du module central; et - un premier et un second modules d'extrémité de configurations identiques, comprenant chacun une base et des parois saillants à partir de la base, lesdites parois saillantes du module central et des premier et second modules ayant des surfaces complémentaires inclinées, de sorte que lorsque les premier et second modules d'extrémité sont respectivement chacun assemblés avec une des parties du module central, les parois saillantes s'emboîtent étroitement par chevauchement des surfaces inclinées complémentaires pour former des logements destinés à recevoir des éléments fonctionnels du bloc d'alimentation HT. On assure ainsi un support et une isolation électrique appropriée des éléments fonctionnels du bloc d'alimentation HT déposés dans les logements. En général, le support modulaire selon l'invention définit des logements pour un noyau magnétique et les enroulements primaires et secondaires d'un transformateur HT, des logements pour les circuits redresseurs- doubleurs de tension et des logements pour les résistances d'un diviseur de tension. Bien évidemment, les modules du support modulaire comportent les passages nécessaires pour la connexion électrique des différents éléments fonctionnels. Dans une autre réalisation de l'invention, le support modulaire comprend un quatrième module, comprenant une première et une seconde parties de configuration complémentaire comportant chacune une base et des parois saillants à partir de la base et définissant des logements pour des éléments fonctionnels d'une unité de sortie HT, la première partie de ce quatrième module étant réunie par sa base à une paroi latérale du module central, et lorsque la première et seconde parties de ce quatrième module sont réunies, les parois saillantes correspondantes des parties du quatrième module se chevauchent et isolent électriquement les éléments fonctionnels de l'unité de sortie. De manière générale, ce quatrième module comprend des logements pour les réceptacles de sortie HT et des logements pour les transformateurs du filament d'alimentation de la cathode. Du fait du chevauchement des parois saillantes correspondantes définissant les logements, on accroit la longueur des lignes de fuite et par conséquent, on accroit l'isolation des logements et on diminue les risques de formation d'arcs. Comme indiqué précédemment, les parois saillantes des modules ont des surfaces de chevauchement complémentaires inclinées, c'est-à-dire que l'épaisseur de ces parois diminuent régulièrement depuis la base du module ou de la partie de module jusqu'à leur extrémité libre. Ainsi, on facilite l'emboîtage des modules et des parties de module et leur fabrication par moulage, en particulier, le démoulage. Plus important encore, la présence de ces surfaces inclinées complémentaires assurent un emboîtement adéquat tant du point de vue électrique que mécanique indépendamment des tolérances de fabrication (diamètre et hauteur) des parois saillantes. En outre, comme la paroi d'isolation finale des logements est constituée de deux parois distinctes se chevauchant, on accroît la fiabilité de l'isolation électrique même en cas de présence d'une zone inhomogène du point de vue diélectrique dans une des parois saillantes, car la probabilité que deux zones inhomogènes sur chacune des parois en chevauchement se trouvent en regard l'une de l'autre est quasi-nulle. De préférence, les modules et parties de modules sont fabriqués par moulage d'une matière plastique. La suite de la description se réfèere aux figures annexées qui représentent, respectivement: Figure 1, une vue en perspective, éclatée, d'une réalisation d'un support modulaire selon l'invention; Figure 2, une vue en perspective, éclatée, d'une autre réalisation d'un support modulaire selon l'invention; et Figure 3, une vue schématique de parois saillantes pour les supports modulaires de l'invention. En se référant à la figure 1, on a représenté un exemple de support modulaire selon l'invention qui comprend un module central 10 de forme générale parallélépipédique et deux modules d'extrémité , 20' de forme générale parallélépipédique. Le module central 10 se compose de deux parties 11, 11' en matière plastique moulée, de forme générale parallélépipédique et de configuration identique. Chacune des parties 11, 11' du module central 10 comprend une base plane 12, 12' de forme générale rectangulaire comportant deux ouvertures circulaires destinées, comme on le verra par la suite, à permettre le passage des branches d'un noyau magnétique 40a, 40b. Des parois cylindriques dont seules sont visibles sur la figure 1 les parois cylindriques 13' de la partie 11' du module central , font saillie à partir des bases 12, 12' et entourent chacune des ouvertures circulaires. Les parois cylindriques définissent en partie un logement pour le noyau magnétique 40a, 40b et les enroulements primaires (non représentés) d'un transformateur HT. Une paroi semi-cylindrique 14, 14' fait saillie des bases 12, 12' et entoure chacune des parois cylindriques formant ainsi entre elles en partie des logements destinés à recevoir les enroulements secondaires (non représentés) du transformateur HT. Chacune des parties 11, 11' du module central 10 comprend également à une de leurs extrémités transversales des parois faisant saillie depuis la base 12, 12' et définissant en partie un logement de forme générale parallélépipédique 15, 15' destiné à recevoir des circuits redresseurs-doubleurs de tension. Chaque partie 11, 11' comprend une paroi de fond rectangulaire 16' (une seule apparaissant sur la figure 1) et une paroi latérale rectangulaire 17, 17' à l'extrémité transversale opposée aux logements 15, 15'. Les parois de fond des parties 11, 11' du module central et les extrémités inférieures des parois semi-cylindriques 14, 14' sont espacées pour réaliser en partie des logements 18' (visibles seulement sur la partie 11') pour recevoir des circuits redresseurs- doubleurs de tension. Les parties 11, 11' du module central sont réunies dos à dos par leurs bases 11, 11 ' et symétriquement par rapport à un axe vertical central du module central 10. On va maintenant décrire les modules d'extrémité 20, 20'. Etant donné que ces modules sont de configuration identique, la description sera faite pour un seul des modules étant entendu que cette description s'applique entièrement à l'autre module. Comme on le voit sur la figure 1, le module 20 a une forme générale parallélépipédique et a une configuration complémentaire de celle de la partie 12 du module central 10. Plus précisément, le module d'extrémité 20 comprend une base 21 de forme générale rectangulaire comprenant une partie en creux 22 pour accommoder une branche transversale 40b du noyau magnétique. Deux ouvertures circulaires symétriques 23 sont ménagées dans la base 21 au niveau de la partie en creux 22. Chacune des ouvertures circulaires 23 est entourée par une paroi cylindrique 24 saillant à partir de la base et complémentaire des parois cylindriques de la partie 11 du module central 10, et qui définissent partiellement un logement pour le noyau magnétique 40a, b. De même, chacune des parois cylindriques 24 est entourée par une paroi semi-cylindrique 25 saillant de la base 21 complémentaire des parois semi-cylindriques 14 du module central 10 et définissant avec la paroi saillante cylindrique 24 un logement annulaire pour un enroulement secondaire du transformateur HT. Le module d'extrémité 20 comporte également à une de ses extrémités transversales des parois faisant saillie de la base 21 et définissant en partie un logement de forme générale parallélépipédique 26 destiné à recevoir des circuits redresseurs-doubleurs de tension. Le module d'extrémité 20 comporte en outre une paroi de fond 27 de forme générale rectangulaire et une paroi latérale en forme de U 28 à l'extrémité transversale opposée au logement parallélépipédique 26. Comme le montre la figure 1, les modules d'extrémités 20, ' sont dimensionnés pour s'emboîter sur les parties correspondantes 11, 11' du module central 10. En particulier, les parois saillantes des modules d'extrémité 20, 20', lorsque les modules sont réunis, chevauchent extérieurement les parois saillantes correspondantes du module central 10. Bien évidemment, l'inverse peut également être réalisé. Si nécessaire, les modules peuvent être fixés les uns aux autres par des vis, par exemple des vis en matière plastique. Comme indiqué précédemment, les parois saillantes correspondantes comportent des surfaces complémentaires inclinées assurant un emboîtement étroit par chevauchement de ces parois pour former les logements correspondant pour les éléments fonctionnels. On a représenté sur la figure 2, une autre réalisation d'un support modulaire selon l'invention qui ne diffère du support modulaire de la figure 1 que par l'adjonction d'un quatrième module supplémentaire 50 pour accommoder les éléments fonctionnels de sortie HT d'un bloc d'alimentation HT. Comme on le voit sur la figure 2, un des modules d'extrémité ' est emboîté sur une partie du module central 10 avec une partie 40a du noyau magnétique disposé dans son logement. On a également représenté sur cette figure 2 les enroulements secondaires 41a, 41b du transformateur HT et les circuits redresseurs-doubleurs de tension 42a, 42b en face de leurs logements respectifs. Le quatrième module 50 de la réalisation de la figure 2 comprend une première partie 51 et une seconde partie 60. La première partie, de forme générale parallélépipédique, comprend une base rectangulaire 52, deux parois semi-circulaires 53 faisant saillie de la base 52 et définissant partiellement des logements pour recevoir des transformateurs pour le filament et des parois 54, 55 définissant partiellement des logements de forme générale parallélépipédique de part et d'autre des parois semi-circulaires 53 et destinés à recevoir des réceptacles de sortie HT 60. La seconde partie 51' de forme générale parallélépipédique comprend une base rectangulaire 52' pourvue de deux évidements 56' correspondant aux deux logements de transformateurs pour filament. Des parois semi-circulaires 53' font saillies de la base 52' dans le prolongement des évidements 56'. Des parois 54', 55' faisant saillies de la base 52' en correspondance avec les parois 54, 55 de la première partie 51 du quatrième module 50, définissent également partiellement les logements parallélépipédiques de part et d'autre des évidements 56'. Les évidements 56' sont destinés à permettre l'introduction de noyaux magnétiques en forme de cavaliers 61. Les deux parties 51, 51' du quatrième module sont assemblées par emboîtement comme décrit pour les modules de la réalisation de la figure 1 et le quatrième module 50 est réuni aux autres modules sur un côté approprié par tout moyen convenable, par exemple, par emboîtement, collage, ou vissage. Les parties de ce quatrième module sont de préférence en matière plastique moulée. La figure 3 représente schématiquement la configuration des parois saillantes définissant les logements des éléments fonctionnels selon l'invention. Comme le montre cette figure 3, les parois saillantes 1, 2 sont de forme effilée, ayant une épaisseur qui décroît depuis les bases 3, 4 à partir desquelles elles saillent jusqu'à leurs extrémités libres. Comme on le voit sur la figure 3, les parois saillantes complémentaires 1, 2 comportent des surfaces inclinées complémentaires 5, 6 destinées à se chevaucher lors de l'emboîtement des modules. Cette configuration des parois saillantes 1, 2 non seulement favorisent leur emboîtement et chevauchement et facilite les opérations de moulage en particulier le démoulage, mais améliore l'isolation électrique des logements en augmentant la longueur des lignes de fuite diminuant ainsi le risque de création d'arc. En outre, comme indiqué précédemment, cette configuration des parois saillantes permet d'obtenir l'isolation voulue indépendamment des tolérances de fabrication des modules. Les modules comprennent également les passages et les découpes nécessaires pour accommoder tous les conducteurs d'interconnexion, évitant ainsi la concentration de champs électriques élevés et par conséquent les risques de décharges d'arc tout en diminuant les coûts de fabrication. Bien qu'on ait représenté dans les exemples de réalisation des blocs bipolaires, l'invention s'applique également à des blocs monopolaires ou multipolaires. REVENDICATIONS 1. Support modulaire pour bloc d'alimentation à haute-tension comprenant des logements ayant des parois électriquement isolantes et destinés à recevoir des éléments fonctionnels du bloc d'alimentation HT, caractérisé en ce que les parois électriquement isolantes des logements sont formées par deux parois saillantes (23) ayant des surfaces inclinées complémentaires (5, 6) se chevauchant. 2. Support modulaire pour bloc d'alimentation à haute-tension selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend - un module central (10) formé de deux parties (11, 11') de configuration identique et comportant une base (12, 12') et des parois (13, 13'; 14, 14'; 15, 15') faisant saillies à partir de la base (12, 12'), ces deux parties (11, 11') étant réunies entre elles par leurs bases symétriquement par rapport à un axe vertical central du module central, et - un premier et un second modules d'extrémité (20, 20') de configuration identique comprenant chacun une base (21, 21') et des parois (24, 25, 26) saillants à partir de la base, lesdites parois saillantes du module central et des premier et second modules ayant des surfaces complémentaires inclinées, de sorte que lorsque les modules d'extrémité sont respectivement assemblés chacun avec une des parties du module central, les parois saillantes des logements correspondants des modules s'emboîtent étroitement par chevauchement des surfaces inclinées complémentaires pour former des logements destinés à recevoir des éléments fonctionnels du bloc d'alimentation HT. 3. Support modulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un logement pour un noyau magnétique, des logements pour des bobines primaires et secondaires d'un transformateur et des logements pour des circuits redresseurs- doubleurs de tension. 4. Support modulaire selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comprend un module supplémentaire (50) pouvant être réuni aux autres modules et comprenant une première partie (51) ayant une base (52) et des parois (53, 54, 55) saillants à partir de cette base et une seconde partie (51') comprenant une base (52') et des parois (53', 54', 55') saillant à partir de cette base définissant, lesdites parois saillantes des parties (51, 51') du module supplémentaire (50) ayant des surfaces inclinées complémentaires de sorte que lorsque la première et la seconde parties (51, 51') sont assemblées, les parois saillantes s'emboîtent étroitement par chevauchement des surfaces inclinées complémentaires pour former des logements destinés à recevoir des éléments fonctionnels d'un dispositif de sortie HT du bloc d'alimentation HT. 5. Support modulaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que le quatrième module 50 comprend des parois saillantes ayant des surfaces inclinées supplémentaires définissant des logements pour des transformateurs de filament et pour des réceptacles de sortie HT. 6. Support modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les modules sont en matière plastique moulée. 7. Bloc haute-tension comprenant un boîtier métallique réuni à la masse, des éléments fonctionnels, caractérisé en ce que les éléments fonctionnels sont supportés à l'intérieur du boîtier par un support modulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Bloc haute-tension selon la revendication 7, caractérisé en ce que le boîtier contient un liquide de refroidissement électriquement isolant.