Brevet FR3003073A1 — publié le 20140912

INDUCTANCE HAUTE FREQUENCE REGLABLE DESCRIPTION Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des circuits électriques de puissance en haute fréquence. Il consiste en un dispositif qui crée une inductance réglable. Art antérieur et problème posé Les inductances sont généralement réalisées par des bobines. Cette technologie rend difficile une variation linéaire d'inductance en fonction de la grandeur physique de réglage. Par ailleurs, en haute fréquence, les bobines induisent un rayonnement qui devient gênant quand les circuits sont de puissance. Pour éviter le rayonnement gênant, on est souvent conduit à disposer un blindage autour de l'inductance qui limite l'extension du champ électromagnétique et crée des pertes supplémentaires. Résumé de l'invention Ce dispositif permet d'insérer dans un circuit électrique de puissance haute fréquence une inductance réglable. L'inductance consiste en une cavité formée par deux cylindres concentriques, conducteurs d'électricité. La circulation du courant le long de la cavité est coaxiale. Le volume de la cavité est délimité par deux extrémités. L'une des extrémités peut être réalisée en technologie biplaques ou en extension du conducteur périphérique d'une liaison coaxiale. Quand cette extrémité est en technologie biplaques, le petit cylindre est raccordé à la plaque extérieure du biplaques. L'autre extrémité consiste en un piston couronne mobile, conducteur d'électricité, comportant des doigts de contact électrique avec les parois cylindriques de la cavité. Ce piston couronne est tenu et réglé en position par la partie coulissante du pilote isolant associé à une commande. L'inductance est celle de la cavité coaxiale qui est fonction de la position du piston couronne. L'inductance varie, au premier ordre, en fonction de la course du piston couronne de manière linéaire (voir FIG.5). La structure coaxiale du dispositif limite le champ électromagnétique rayonné à l'extérieur du dispositif. Ce dispositif diminue ainsi les pertes supplémentaires générées dans un blindage éventuel. Nota : - « biplaques » est relatif à la technologie haute fréquence consistant à créer une circulation de courant électrique par l'association de deux plaques séparées par un isolant électrique. L'une des plaques est parcourue par le courant « aller », l'autre par le courant « retour ». 5 Cette technologie permet des liaisons monophasées de basse impédance. - « coaxial » est relatif à la technologie haute fréquence consistant à créer une circulation de courant électrique à l'aide de deux conducteurs concentriques séparés par une isolation électrique. L'un des conducteur est parcouru par le courant « aller », l'autre par le courant « retour ». Cette technologie permet des liaisons monophasées d impédance déterminée 10 - Un jeu coaxial basse impédance de conducteurs est constitué de deux conducteurs cylindriques coaxiaux séparés par un isolant, le conducteur de courant « aller » et celui de « retour ». La self-inductance de ce jeu est fonction du volume compris entre les deux conducteurs ; ce jeu est dit de basse impédance quand l'isolant situé entre les deux conducteurs est de faible épaisseur. 15 - Plan (ou Coupe) diamétral : plan (ou coupe) passant par l'axe de symétrie des cylindres. Liste des figures La géométrie des figures qui suivent, est coaxiale. - La figure 1 consiste en une coupe diamétrale d'un tel dispositif qui est monté à partir 20 d'une extrémité biplaques. La cavité coaxiale comprend à l'autre extrémité un piston couronne dont la position est réglée par un pilote isolant associé à une commande. - La figure 2 est une coupe diamétrale qui détaille le montage de l'extrémité biplaques et précise le raccord à un jeu coaxial basse impédance de conducteurs dont le conducteur périphérique est interrompu par le biplaques. 25 - La figure 3 est une coupe située dans le plan du biplaques décrit en FIG 2. - La figure 4 est une coupe diamétrale d'un tel dispositif monté directement sur le conducteur périphérique d'un jeu coaxial basse impédance de conducteurs. La cavité coaxiale comprend à l'autre extrémité un piston couronne dont la position est réglée par un pilote isolant associé à une commande. 30 - La figure 5 établit la formule de la valeur de l'inductance au premier ordre. Description détaillée Le dispositif est prévu pour être monté à partir de liaison électrique haute fréquence constituée soit en technologie biplaques, soit en technologie coaxiale. La haute fréquence est telle que l'épaisseur de pénétration du courant électrique est plus petite que l'épaisseur des conducteurs du dispositif. Dans le cas de la technologie coaxiale, le dispositif peut être monté à partir d'une interruption du conducteur périphérique d'un jeu coaxial basse impédance de conducteurs, interruption développée en biplaques (voir FIG.2). Dans le cas de la technologie biplaques, le dispositif peut être monté à partir d'une extension du biplaques. Dans le cas de la technologie coaxiale, le dispositif peut aussi être monté directement à partir du conducteur périphérique d'un jeu coaxial basse impédance de conducteurs, qui est alors interrompu et étendu à la cavité coaxiale du dispositif (voir FIG.4). Le dispositif se décompose en trois éléments : la cavité coaxiale, le pilote isolant et la commande. Il comprend deux variantes, celle dont une extrémité est de technologie biplaques et celle dont une extrémité est une extension du conducteur coaxial périphérique. Première variante : une extrémité de technologie biplaques (voir FIG.1) La cavité coaxiale L'extrémité biplaques du dispositif est rendue solidaire de la cavité coaxiale du dispositif. La cavité coaxiale est le volume créé entre deux cylindres conducteurs concentriques. Ce volume comporte deux extrémités : d'une part l'extrémité biplaques et d'autre part un piston couronne. Le volume correspondant à l'inductance est celui de la cavité coaxiale ; la section de ce volume est en forme de couronne. La densité de courant du petit cylindre de la cavité coaxiale est plus forte que celle du grand cylindre extérieur de cette cavité; pour un courant électrique important, le petit cylindre est refroidi. L'extrémité biplaques (voir FIG.2 et 3) consiste en deux plaques conductrices séparées par un isolant et comportant les perçages permettant leur raccord aux cylindres de la cavité coaxiale. Le grand cylindre est fixé et raccordé électriquement à la plaque la plus proche de celui-ci, par soudure, brasage ou sertissage ou encliquetage ou par tout moyen adéquat de fixation. Le petit cylindre est fixé et raccordé électriquement à l'autre plaque par soudure, brasage ou sertissage ou encliquetage ou par tout moyen adéquat de fixation. Des précautions sont prises pour permettre la meilleure circulation du courant électrique et éviter les échauffements parasites ; en général la continuité de cette circulation est effectuée par des soudures ou brasages permettant à la nappe de courant de se propager le plus directement de la face des cylindres où elle circule à la face correspondante des plaques du biplaques. L'isolant qui sépare les deux plaques conductrices est tel que la ligne de fuite entre les deux plaques soit conforme aux normes (UTE ou CET ou autres) la régissant pour le niveau de tension nominale du dispositif. Pour un courant électrique important induisant des échauffements du biplaques, ce dernier est refroidi. Le piston couronne Le piston couronne est un conducteur en forme de couronne muni à ses bordures circulaires de doigts établissant la conduction entre la face plane principale de celui-ci, interne à la cavité coaxiale, et les deux cylindres de la cavité coaxiale par frottement. A la bordure de petit diamètre, les doigts frottent sur le petit cylindre de la cavité coaxiale en exinscrit. A la bordure de grand diamètre, les doigts frottent sur le grand cylindre de la cavité coaxiale en inscrit. Les doigts peuvent être d'une technologie telle qu'usitée pour les disjoncteurs de puissance, ou de tout autre technologie capable d'assurer un frottement adéquat, c'est-à-dire, une bonne conduction sans se souder au cylindre durant toute la durée de vie du dispositif. A cet effet, les faces concernées des cylindres peuvent aussi être revêtues d'une couche améliorant la conduction électrique, généralement métallique, facilitant le fonctionnement. Le piston couronne coulisse dans la cavité coaxiale. Il est rendu solidaire de la partie coulissante du pilote isolant. Le pilote isolant Le pilote isolant est constitué de deux parties électriquement isolantes. Une première partie coulissante et une deuxième partie fixe qui sert de coulisseau. La partie fixe comprend d'abord un cylindre isolant qui chapote en extérieur tout ou partie du grand cylindre de la cavité coaxiale. Le grand cylindre de la cavité coaxiale s'insère à son extrémité à ce cylindre isolant. La partie fixe du pilote isolant comporte ensuite, une prolongation de ce cylindre isolant qui tient un cylindre intérieur concentrique où vient coulisser le cylindre de la partie coulissante. La partie coulissante consiste en un cylindre qui coulisse entre le petit cylindre de la cavité coaxiale et le cylindre coulisseau en intérieur de la partie fixe du pilote isolant. Ce cylindre de la partie coulissante est attaché à l'une de ses deux extrémités au piston couronne. Le piston couronne est ainsi rendu solidaire de la partie coulissante. Le cylindre de la partie coulissante est associé à une commande qui positionne ainsi le piston couronne à l'intérieur de la cavité coaxiale. La commande La commande est un système généralement motorisé, comme par exemple à l'aide d'un moteur pas à pas ; ce système peut consister en une tige filetée fixée à l'extrémité du cylindre de la partie coulissante dont le positionnement est réglé par un moteur électrique dont la rotation est éventuellement réduite par l'intermédiaire d'un engrenage (voir FIG.1) ou d'une courroie. Sinon, la commande consiste en tout moyen adéquat de positionnement de la partie coulissante du pilote isolant. Deuxième variante : extension du conducteur coaxial périphérique (voir FIG.4). Cette variante est développée dans le cadre de liaison électrique réalisée en jeu coaxial basse impédance de conducteurs. Le dispositif objet de l'invention s'insère dans une telle 20 liaison. La cavité coaxiale L'interruption du conducteur périphérique d'un jeu coaxial basse impédance de conducteurs, permet de créer le développement d'une cavité coaxiale. 25 Pour des raisons de tenue mécanique, la création du dispositif peut impliquer le renforcement en épaisseur de l'un ou des deux conducteurs du jeu coaxial basse impédance de conducteurs, à l'endroit du dispositif. La cavité coaxiale est le volume créé entre deux cylindres conducteurs concentriques où le cylindre intérieur n'est autre que le prolongement, après interruption, du conducteur 30 coaxial périphérique du jeu coaxial basse impédance de conducteurs et le cylindre extérieur, un cylindre conducteur de plus grand diamètre. Ce volume inclut celui correspondant à l'interruption du conducteur périphérique du jeu coaxial basse impédance de conducteurs. Les faces des cylindres en contact électrique avec le piston couronne, peuvent être revêtues d'une couche conductrice, généralement métallique, facilitant le fonctionnement. La fréquence du courant est telle que l'épaisseur de pénétration du courant est bien plus petite que l'épaisseur du cylindre intérieur de la cavité coaxiale. Dans ce cylindre intérieur, le courant circulera sur la face extérieure du cylindre ainsi que sur sa face intérieure en série. L'extrémité de ce cylindre intérieur près de l'interruption est arrondie de façon à éviter les effets de pointe sur le champ électromagnétique. Le volume correspondant à l'inductance est celui de la cavité coaxiale ; la section de ce volume est en forme de couronne. Ce volume est limité d'une part par l'extrémité d'extension et d'autre part par un piston couronne. L'extrémité d'extension consiste en une couronne conductrice permettant de passer du conducteur périphérique du jeu coaxial basse impédance de conducteurs, au cylindre extérieur de la cavité coaxiale. Elle permet l'extension du diamètre du conducteur périphérique du jeu coaxial basse impédance de conducteurs, au diamètre du cylindre extérieur de la cavité coaxiale. Le piston couronne Le piston couronne est similaire à celui décrit en première variante. Le pilote isolant Le pilote isolant est constitué de deux parties électriquement isolantes. Une première partie coulissante et une deuxième partie fixe qui sert de coulisseau. La partie fixe comprend d'abord un cylindre isolant qui chapote en extérieur tout ou partie du grand cylindre de la cavité coaxiale. Le grand cylindre de la cavité coaxiale s'insère à son extrémité à ce cylindre isolant. La partie fixe du pilote isolant comporte ensuite, une prolongation de ce cylindre isolant. La terminaison de cette prolongation consiste en une partie cylindrique concentrique qui vient se fixer sur le pourtour du conducteur coaxial périphérique. En outre, Cette prolongation comporte en interne, à une position intermédiaire compatible avec la course de la partie coulissante, une partie cylindrique concentrique dont le petit diamètre intérieur sert de coulisseau à la partie coulissante. La partie coulissante consiste en un cylindre qui coulisse entre le cylindre intérieur de la cavité coaxiale et le cylindre coulisseau situé en position intermédiaire de la partie fixe, en interne de cette dernière. Ce cylindre de la partie coulissante est attaché à l'une de ses deux extrémités au piston couronne dont il établit la position. Le piston couronne est rendu solidaire de la partie coulissante. Le cylindre de la partie coulissante est associé à une commande qui positionne ainsi le piston couronne à l'intérieur de la cavité coaxiale. La commande La commande est un système généralement motorisé, comme par exemple à l'aide d'un moteur pas à pas ; ce système peut dépendre d'un moteur électrique dont la rotation est éventuellement réduite par l'intermédiaire d'un engrenage (voir FIG.4) ou d'une courroie et qui par frottement ou par engrenage ou par courroie entraîne la partie coulissante du Pilote isolant. La commande consiste en tout moyen adéquat de positionnement de la partie coulissante du pilote isolant. Applications de l'invention Certaines applications électriques telles que celles décrites au brevet n°10 01652 nécessitent la possibilité de régler avec suffisamment de finesse l'inductance des circuits alimentés pour équilibrer les phases de systèmes polyphasés haute fréquence notamment quand les sources sont commutées résonantes. Le dispositif objet du présent brevet permet d'effectuer un tel réglage sur chaque circuit de phase. REVENDICATIONS1) Inductance haute fréquence réglable consistant en une cavité coaxiale délimitée par deux cylindres conducteurs concentriques et deux extrémités conductrices comportant : - une première extrémité, - une deuxième extrémité en piston couronne conducteur et mobile, - un pilote isolant muni d'une partie fixe et d'une partie coulissante, la partie fixe servant de coulisseau à la partie coulissante solidaire du piston couronne, - une commande qui positionne la partie coulissante du pilote isolant. 2) Inductance haute fréquence réglable selon la revendication n°1, caractérisée en 10 ce que la première extrémité est une extrémité de technologie biplaques. 3) Inductance haute fréquence réglable selon la revendication n°1, caractérisée en ce que la première extrémité est une extrémité en extension du conducteur périphérique d'un jeu coaxial basse impédance de conducteurs. 4) Inductance haute fréquence réglable selon la revendication n°1, caractérisée en 15 ce que l'extrémité de la cavité coaxiale qui est un piston couronne électriquement conducteur et mobile, assure la connexion électrique entre le petit et le grand cylindre de la cavité coaxiale (FIG 1 et 4). 5) Inductance haute fréquence réglable selon la revendication n°2, caractérisée en ce que le petit cylindre de la cavité coaxiale est raccordé à la plaque extérieure de 20 l'extrémité biplaques (FIG.2 et 3). 6) Inductance haute fréquence réglable selon la revendication n°1, caractérisée en ce que la valeur de l'inductance varie au premier ordre de manière linéaire avec la course du piston couronne dans la cavité coaxiale (FIG 5).