Brevet FR2823033A1 — publié le 20021004

La présente invention concerne un générateur haute tension d'impulsions, de type MARX comprenant un grand nombre de condensateurs connectés électriquement en parallèle, des résistances de charge connectées en série et des éclateurs, de telle sorte que la tension d'entrée charge en parallèle les condensateurs et que ceux-ci se déchargent en série via les éclateurs. La figure 1 représente le schéma électrique d'un générateur de type MARX. Sur cette figure C désigne des condensateurs, R des résistances de charge et E des éclateurs. Les condensateurs C, chargés en parallèle à la tension d'entrée V1 sont mis en série à l'aide d'éclateurs E. Si n est le nombre d'étages ou le nombre de condensateurs C, l'amplitude de l'impulsion de la tension V2 appliquée à la charge L est égale à : Si on désigne par C la capacité d'un condensateur (ou d'un étage), la capacité équivalente de l'ensemble du générateur de MARX est égale à C/n. L'énergie stockée est égale à : Après l'impulsion de déclenchement, les condensateurs C sont déchargés en série via les éclateurs E. L'impulsion de déclenchement est appliquée sur une électrode auxiliaire uniquement présente sur le premier éclateur. Les tensions aux bornes de chaque condensateur C sont mises en série, donc s'additionnent. La demanderesse a réalisé un générateur du type précité constitué par un empilement de galettes en forme de disque, l'ensemble constituant un bloc compact. Le but de la présente invention est d'augmenter les performances d'un générateur de MARX du type précité. L'invention vise ainsi un générateur haute tension d'impulsions, de type MARX comprenant un grand nombre de condensateurs connectés électriquement en parallèle, des résistances de charge connectées en série et des éclateurs, de telle sorte que la tension d'entrée charge en parallèle les condensateurs et que ceux-ci se déchargent en série via les éclateurs, le générateur étant constitué par un bloc compact cylindrique comprenant des galettes superposées, chaque galette comportant plusieurs condensateurs connectés électriquement avec des résistances de charge et avec un éclateur, l'ensemble étant noyé dans une résine isolante d'enrobage. Suivant l'invention, ce générateur est caractérisé en ce que chaque galette comprend au moins une série de condensateurs juxtaposés de façon à former une couronne, chaque condensateur formant un secteur de ladite couronne, les condensateurs étant reliés de chaque coté à une plaque conductrice de forme circulaire disposée coaxialement à ladite couronne. Pour un gain de place, les condensateurs sont placés sans habillage extérieur. La résine d'enrobage des galettes/couronnes assure l'isolement électrique de l'ensemble. Cette disposition permet d'augmenter le nombre de condensateurs par galette et ainsi d'augmenter l'énergie stockée dans le générateur par unité de volume. Selon une réalisation particulière de l'invention, ladite couronne comporte deux parties diamétralement opposées, inoccupées par un condensateur, formant chacune un logement pour une résistance de charge, connectée électriquement à ladite plaque circulaire. Cette disposition permet de loger les résistances sans que celles-ci n'affectent sensiblement le volume disponible pour les condensateurs. De préférence, la plaque circulaire conductrice porte sur sa périphérie intérieure une lame conductrice faisant saillie dans un évidemment circulaire central de la galette, les extrémités de ces lames portant chacune une sphère conductrice formant un éclateur avec sphère adjacente. Les éclateurs occupent ainsi l'évidement central de chaque galette, sans affecter la place disponible pour les condensateurs. De préférence, la série de condensateurs disposés en couronne est entourée au moins par une seconde série de condensateurs formant une seconde couronne, les condensateurs de cette seconde série étant reliés électriquement par une plaque conductrice circulaire concentrique à celle qui relie les condensateurs de la première série. Cette disposition permet d'augmenter encore davantage l'énergie totale stockée dans le générateur. La taille, la forme et donc le nombre de condensateurs sont fonction des contraintes technologiques de réalisation industrielle des condensateurs céramiques. La forme, le nombre de condensateurs évolueront en fonction des progrès technologiques. Chaque condensateur comprend une ou plusieurs plaques en céramique dont les faces opposées sont en contact avec les plots conducteurs en contact avec une plaque conductrice. D'autres particularités et avantages de l'invention, apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins, annexés donnés à titre d'exemple non limitatifs : - la figure 1 est une vue schématique du générateur de MARX selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale schématique du générateur ; - la figure 3 est une vue en plan d'une galette du générateur ; - la figure 4 est une vue en coupe suivant un plan radial de la galette ; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 concernant un autre mode de réalisation des condensateurs. En référence aux figures 2, 3, 4 et 5, le générateur haute tension d'impulsions, de type MARX comprend un grand nombre de condensateurs C connectés électriquement en parallèle, des résistances de charge R connectées en série et des éclateurs E, de telle sorte que la tension d'entrée charge en parallèle les condensateurs C et que ceux-ci se déchargent en série via les éclateurs E. Le générateur est constitué (voir figure 2) par un bloc compact cylindrique comprenant des galettes superposées 1, 2, 3... Chaque galette comporte (voir figure 3) plusieurs condensateurs C connectés électriquement avec des résistances de charge R et avec un éclateur E. L'ensemble est noyé dans une résine isolante d'enrobage 4. Conformément à l'invention, chaque galette telle que 1 comprend au moins une série de condensateurs C juxtaposés de façon à former une couronne 5. Chaque condensateur C forme un secteur de cette couronne 5. Les dimensions actuelles du secteur sont liées à des contraintes technologiques de réalisation industrielle des condensateurs céramiques. Les condensateurs C sont reliés de chaque coté à une plaque conductrice 6 de forme circulaire disposée coaxialement à ladite couronne 5. Comme montré par la figure 3, la couronne 5 comporte deux parties diamétralement opposées 7, inoccupées par un condensateur, formant chacune un logement pour une résistance de charge R connectée électriquement à la plaque circulaire 6. Par ailleurs, la plaque circulaire 6 porte sur sa périphérie intérieure une lame conductrice 8 faisant saillie dans un évidement circulaire central 9 de la galette. Les extrémités de ces lames 8 porte chacune une sphère conductrice 10 formant un éclateur E avec la sphère adjacente. De plus, les lames 8 sont raccordées à la plaque circulaire 6, dans la zone 7 inoccupée par un condensateur. D'autre part, les deux sphères 10 de l'éclateur E sont situées dans deux plans axialement décalés, la sphère de gauche étant située au-dessus de la sphère de droite. Les galettes superposées 1,2, 3... sont reliées les unes aux autres par deux tiges métalliques 11 diamétralement opposées traversant les plaques conductrices 6 dans la zone 7 inoccupée par un condensateur. Dans la réalisation de la figure 3, la série de condensateurs C disposés suivant la couronne 5 est entourée au moins par une seconde série de condensateurs C1 formant une seconde couronne 12. Les condensateurs de cette seconde série sont reliés électriquement par une plaque conductrice circulaire concentrique à celle qui relie les condensateurs C de la première série. Ils permettent d'augmenter considérablement l'énergie stockée par étage élémentaire. Comme indiqué sur les figures 4 et 5, chaque condensateur C, C1 comprend une ou plusieurs plaques en céramique 13 dont les faces opposées sont en contact avec des plots conducteurs 14 en contact avec une plaque conductrice 6. Dans le cas de la figure 4, chaque condensateur comprend deux plaques 13 en céramique, tandis que dans le cas de la figure 5, chaque condensateur comprend trois plaques 13 en céramique. Dans ce dernier cas, la galette 1A a une épaisseur plus importante que la galette 1 de la figure 4. La résine d'enrobage 4 peut être de la résine époxy. Les galettes superposées 1,2, 3 sont contenues à l'intérieur d'une enveloppe extérieure cylindrique 15, comme montré sur la figure 2. Cette enveloppe extérieure 15 peut également contenir à sa partie inférieure un convertisseur continu-continu 16 et des batteries 17 pour rendre le générateur de MARX autonome. Les principaux avantages du générateur de MARX que l'on vient de décrire sont les suivants : Très forte augmentation de l'énergie stockée, par étage élémentaire, du générateur haute tension impulsionnel de type MARX. Les dimensions des galettes centrales sont compatibles avec les précédentes générations de générateur MARX conçus par la demanderesse. Le principe peut naturellement être étendu à d'autres formes, dimensions et encombrement. Pour la radiographie éclair très haute énergie sur chantier : un tel générateur, dans sa version autonome, permet d'envisager des applications à très haute énergie pulsée tout en maintenant l'absence de connections électriques dangereuses avec des sources haute-tension (celle-ci est intégrée), d'où une amélioration du confort et de la sécurité d'utilisation. On peut envisager une commande déportée pour le déclenchement synchronisé ou non d'un ou plusieurs générateurs de ce concept. Cette nouvelle conception permet de réaliser des générateurs à plus faible temps de montée (self parasite très faible) particulièrement utiles pour piloter un tube hyperfréquence pour réaliser un rayonnement micro-onde ou piloter directement une antenne, via la ligne de mie en forme de l'impulsion, pour réaliser un rayonnement ultra large bande. Dans ce dernier cas, un surcroît d'énergie sera obtenu via les couronnes périphériques. Cette technologie ouvre de nouvelles perspectives pour la réalisation de générateurs haute-tension pulsée pour des développeurs de lasers puissants comme pour des applications médicales voire la dépollution de fumées, pulvérisation de matériaux durs tels que béton, céramiques, dépollution et traitement d'eau. REVENDICATIONS 1. Générateur haute tension d'impulsions, de type MARX comprenant un grand nombre de condensateurs (C, C1) connectés électriquement en parallèle, des résistances de charge (R) connectées en série et des éclateurs (E), de telle sorte que la tension d'entrée charge en parallèle les condensateurs et que ceux-ci se déchargent en série via les éclateurs, le générateur étant constitué par un bloc compact cylindrique comprenant des galettes superposées (1,2, 3...), chaque galette comportant plusieurs condensateurs (C, C1) connectés électriquement avec des résistances de charge (R) et avec un éclateur (E), l'ensemble étant noyé dans une résine isolante d'enrobage (4), caractérisé en ce que chaque galette (1,2, 3...) comprend au moins une série de condensateurs (C) juxtaposés de façon à former une couronne (5), chaque condensateur (C) formant un secteur de ladite couronne (5), les condensateurs (C) étant reliés de chaque côté à une plaque conductrice (6) de forme circulaire disposée coaxialement à ladite couronne (5). 2. Générateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couronne (5) comporte deux parties diamétralement opposées (7), inoccupées par un condensateur (C), formant chacune un logement pour une résistance de charge (R), connectée électriquement à ladite plaque circulaire (6). 3. Générateur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ladite plaque circulaire (6) porte sur sa périphérie intérieure une lame conductrice (8) faisant saillie dans un évidement circulaire central (9) de la galette (1), les extrémités de ces lames (8) portant chacune une sphère conductrice (10) formant un éclateur (E) avec la sphère adjacente. 4. Générateur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites lames (8) sont raccordées à la plaque circulaire (6) dans la zone (7) inoccupée par un condensateur (C). 5. Générateur conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les deux sphères (10) de l'éclateur (E) sont situées dans deux plans axialement décalés. 6. Générateur conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les galettes superposées (1,2, 3...) sont reliées les unes aux autres par deux tiges métalliques (11) diamétralement opposées traversant les plaques conductrices (6) dans la zone (7) inoccupée par un condensateur (C). 7. Générateur conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la série de condensateurs (C) disposés en couronne est entourée au moins par une seconde série de condensateurs (C1) formant une seconde couronne (12), les condensateurs (C1) de cette seconde série étant reliés électriquement par une plaque conductrice circulaire concentrique à celle qui relie les condensateurs de la première série. 8. Générateur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque condensateur (C, C1) comprend une ou plusieurs plaques en céramique (13) dont les faces opposées sont en contact avec des plots conducteurs (14) en contact avec une plaque conductrice (6).