Brevet FR3144386A1 — publié le 20240628

L’invention concerne un câble (1, 10, 20, 30) électrique comprenant un conducteur (2) électrique central et une couche (3) de blindage entourant le conducteur (2) central formant une enveloppe tubulaire logeant le conducteur (2), la couche de blindage (3) comprenant une pluralité de brins (31, 32, 33, 34) enroulés en hélice autour du conducteur central (2) selon un pas supérieur ou égal à 100 mm de manière à obtenir une fréquence caractéristique supérieure ou égale à 1MHz. FIGURE 1 Câble blindé électrique L’invention concerne les câbles électriques à blindage électromagnétique et notamment ceux utilisés dans les véhicules automobiles et plus particulièrement ceux à haute tension, avantageusement pour des tensions supérieures à 48 volts. ETAT DE LA TECHNIQUE Les câbles électriques blindés sont couramment utilisés lorsqu’il s’agit de connecter des éléments électriques entre eux. Lorsque les éléments électriques sont en nombre important, les câbles sont sujets à des contraintes électromagnétiques sévères et nécessitent un blindage. Dans le cas des câbles haute tension, le blindage doit assurer une protection aux hautes fréquences, supérieures à une fréquence caractéristique de 1MHz. Dans ce domaine d’application, le blindage recouvre l’isolant entourant une âme électrique. Ce blindage est obtenu en utilisant une tresse, un feuillard ou une combinaison tresse plus feuillard réalisés dans un matériau conducteur électrique. Un blindage basé sur des brins disposés en hélice n’est actuellement pas utilisé dans ce domaine d’application car il n’assure typiquement qu’une protection jusqu’à 100 KHz. Il existe un besoin à optimiser le blindage pour maintenir sa stabilité mécanique, maintenir un R0 suffisamment faible (R0 caractérise la qualité du blindage lorsque le câble est traversé par un courant continu), assurer une protection aux hautes fréquences, supérieures à la fréquence caractéristique de 1MHz et conserver la flexibilité du câble incorporant ce blindage. L’invention propose un câble électrique possédant des performances de blindage optimisées. A cet effet, l’invention propose un câble électrique comprenant un conducteur électrique central et une couche de blindage entourant le conducteur central formant une enveloppe tubulaire logeant le conducteur, la couche de blindage comprenant une pluralité de brins enroulés en hélice autour du conducteur central selon un pas supérieur ou égal à 100 mm de manière à obtenir une fréquence caractéristique supérieure ou égale à 1MHz. L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le pas d’enroulement de la couche de blindage est inférieur ou égal à 1000 mm, de préférence égal à 250 mm ; - la couche de blindage comprend entre 59 et 836 brins ; - le diamètre des brins de la couche de blindage est compris entre 0,08 mm inclus et 0,22 mm inclus ; - le câble comprend une structure de maintien entourant la couche de blindage ; - la structure de maintien est constituée d’un filin ou d’un ruban de maintien enroulé en hélice autour de la couche de blindage ; - la structure de maintien comprend une combinaison de deux filins de maintien ou de deux rubans de maintien ou d’un filin de maintien et d’un ruban de maintien, croisés ; - le filin de maintien ou le ruban de maintien sont en polyester ou en polyéthylène ou polypropylène, ou en polyamide, ou en aramide ou en fibre de verre ; - le câble comprend un écran de blindage enroulé en hélice autour de la structure de maintien, de manière à recouvrir totalement la structure de maintien, l’écran étant réalisé dans un matériau conducteur électrique, de préférence un ruban en aluminium ; - les brins de la couche de blindage sont des conducteurs électriques, de préférence en cuivre ou en aluminium ou en composites ; - le diamètre extérieur du conducteur électrique est compris entre 1 mm et 35 mm, de préférence entre 3 mm et 22 mm de préférence 4 mm. Ainsi, le câble de l’invention présente un blindage qui est meilleur que celui obtenu avec une tresse car présentant une masse linéique plus faible, sans croisement ni entrelacement entre les brins pour améliorer la tenue aux flexions, plus rapide à produire et plus facile à désassembler pour simplifier son recyclage. Le guipage ou enroulement en hélice des brins pour la couche de blindage permet d’atteindre la même performance de blindage des câbles avec moins de quantité de matière qu’un câble tressé. Il est donc envisageable d’utiliser un matériau moins conducteur électriquement tel que l’aluminium, un matériau recyclé, ou un matériau composite. Le guipage permet un dimensionnement du blindage optimisé pour être au plus près d’un gabarit de compatibilité électromagnétique (CEM) cible. Cela a pour effet de réduire d’autant la quantité de matériau de blindage nécessaire. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la , la , la , la illustrent une vue longitudinale d’un câble selon plusieurs modes de réalisation de l’invention ; - la illustre l’impédance de transfert (ohm/m) en fonction de la fréquence pour plusieurs câbles #1, #2, #3, #4 ; - La illustre l’impédance de transfert Zt (mΩ/m) sur un câble #2 présentant une section de conducteur électrique de 4mm 2 avec ruban aluminium après irradiation ayant subi des courbures successives d'un rayon de 3 fois le diamètre du câble (3D) puis de 5 fois le diamètre du câble (5D) ; - la illustre l’atténuation d’écran d’une couche de blindage sur un câble #2 présentant une section de conducteur électrique de 4 mm² avec ruban aluminium après réticulation ayant subi des courbures successives d'un rayon de 3 fois le diamètre du câble (3D) puis de 5 fois le diamètre du câble (5D) ; - la illustre l’impédance de transfert Zt (Ω/m) sur un câble #5 présentant une couche de blindage sur un conducteur électrique présentant une section de 35 mm² sans ruban après réticulation ayant subi des courbures successives d'un rayon de 5 fois le diamètre du câble (5D) ; - La compare l’impédance de transfert d’une tresse et d’un guipage ayant un R0 similaire. On remarque qu’aux fréquences supérieures à 1 MHz, on observe que les courbes restent relativement comparables, les performances du blindage sont donc similaires. Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE La illustre une vue longitudinale d’un câble 1 blindé électrique selon un premier mode de réalisation. Le câble 1 électrique comprend un conducteur 2 électrique constitué d’une âme conductrice 21 recouverte d’un isolant 22 et d’une couche 3 de blindage électromagnétique entourant le conducteur 2 électrique. La couche de blindage 3 présente une forme cylindrique à l’intérieur de laquelle s’étend le conducteur 2 le long d’un axe X de symétrie de révolution du câble 1. La forme de la couche 3 de blindage et donc du câble 1 définit ainsi une direction axiale DA le long de laquelle l’axe de symétrie cylindrique X s’étend et une direction radiale DR. Une gaine 4 externe entoure la couche 3 de blindage. La gaine 4 externe en matériau isolant électrique, préférentiellement incorporant un polymère (exemple : polyoléfines, PET, etc.) L’âme conductrice 21 est en matériau conducteur électrique tel que du cuivre et la gaine externe 4 est constituée d’un matériau isolant électrique. De manière avantageuse, l’âme conductrice 21 est constituée d’une ou plusieurs âmes conductrices (cuivre, alu, CNT, SN et composites, …) isolée individuellement avec un matériau isolant électrique 22 mono couche ou multicouche (par exemple XLPO, PE, PP, PET, RPET, …). Le conducteur électrique 2 est préférentiellement de géométrie circulaire. En outre, le diamètre extérieur du conducteur électrique 2 est compris entre 1mm et 35mm, préférentiellement entre 3mm et 22mm. De manière alternative, l’âme conductrice 2 peut être de géométrie annulaire. La couche 3 de blindage comprend des brins métalliques 31, 32, 33, 34 guipés ou enroulés en hélice autour du conducteur 2 électrique. La couche 3 de blindage comprend avantageusement entre 59 à 836 brins. Les brins 31, 32, 33, 34 de la couche 3 de blindage sont avantageusement des conducteurs électriques (cuivre étamé ou aluminium) nus. La géométrie en hélice de la couche 3 de blindage est de manière avantageuse définie de façon à conserver un blindage efficient aux hautes fréquences c’est-à-dire aux fréquences supérieures à 100 KHz. De préférence le pas de guipage (distance entre chaque spire de l’hélice ou longueur du câble sur laquelle l’hélice fait un tour complet) est supérieur ou égale à 100 mm de façon à obtenir une fréquence caractéristique supérieure à 1 MHz. La fréquence caractéristique est la fréquence à partir de laquelle les performances de la gaine de blindage se dégradent. De préférence, le pas de guipage est inférieur à 1000 mm de façon à assurer un maintien mécanique suffisant entre les brins du blindage. En effet, il faut que les brins enroulés en hélice ne bougent peu lorsque le câble est déformé par flexion. De préférence, le nombre brins est défini pour obtenir un taux de recouvrement du guipage de 100 %. De cette manière l’élément conducteur 2 est parfaitement recouvert sur toute sa longueur, la couche 3 de blindage étant alors bien répartie sur toute la surface du conducteur électrique 2. De préférence, l’épaisseur de la couche 3 de blindage est comprise entre 0,08 mm et 0,22 mm. Une telle épaisseur peut être obtenue soit par une seule couche formée de brins ayant un diamètre compris de préférence entre 0,08 mm et 0,22 mm soit en plusieurs couches pourvu que les deux couches présentent l’épaisseur comprise de préférence entre 0,08 mm et 0,22 mm. De manière complémentaire, la couche 3 de blindage adhère au conducteur électrique 2 par l’intermédiaire d’une couche de liaison (non représentée). Une telle couche de liaison est par exemple une colle. La illustre une vue longitudinale d’un câble 10 électrique blindé selon un deuxième mode de réalisation. En plus des caractéristiques du premier mode de réalisation, ce câble 10 comprend une structure 5 de maintien qui comprend ici un filin 51 de maintien par exemple en polyester enroulé en hélice autour de la couche 3 de blindage mais avec un pas plus petit comme cela est visible sur la . Cette structure de maintien 5 permet de maintenir les brins de la couche 3 de blindage en dessous et notamment elle permet de maintenir les brins de la couche 3 de blindage les uns contre les autres. Alternativement la structure de maintien est un ruban polyester 52 comme illustré en . La gaine 4 recouvre enfin la structure 5 de maintien. La illustre une vue longitudinale d’un câble 20 électrique blindé selon un troisième mode de réalisation. En plus des caractéristiques du deuxième mode de réalisation, ce câble 20 comprend un ruban de maintien en polyester ou un écran de blindage en aluminium 6 entourant la structure de maintien 5. Cet écran ou ruban 6 entoure en hélice la structure 5 de maintien en dessous de manière à la recouvrir intégralement. En particulier, il est enroulé en se recouvrant partiellement d’un tour à l’autre. Il présente une section rectangulaire de largeur préférentiellement entre 1 à 10 mm. La illustre une vue longitudinale d’un câble 30 électrique blindé selon un quatrième mode de réalisation. En plus des caractéristiques du deuxième mode de réalisation, ce câble 30 est tel que la structure 5 de maintien comporte outre un filin 51 en polyester, un ruban 52 de maintien, par exemple en polyester. Le ruban 52 de maintien et le filin 51 de maintien sont enroulés en hélice autour de la couche 3 de blindage dans des directions opposées de sorte à se croiser. Ceci favorise le maintien de la couche 3 de blindage. Le ruban 52 de maintien présente une section rectangulaire de largeur préférentiellement entre 1 à 10 mm. De manière complémentaire, on peut prévoir un câble qui est la combinaison des troisième et quatrième mode de réalisation. Exemples Plusieurs câbles électriques comprenant une couche de blindage 3 ont été fabriqués et caractérisés. La illustre l’impédance de transfert (ohm/m) en fonction de la fréquence en [MHz] pour plusieurs câbles #1, #2, #3, #4 dont les caractéristiques sont reportées dans le tableau ci-dessous. Section de l’âme conductrice Couche 3 de blindage Structure 5 de maintien Ecran 6 de blindage Gaine 4 externe Câble #1 Section 4 mm 2 120 brins, disposé en long (aucun enroulement en hélice) Filin polyester Non Non Câble #2 Section 4 mm 2 120 brins, pas de 250 mm Filin polyester Ruban en aluminium Oui Câble #3 Section 4 mm 2 120 brins pas de 250 mm Filin polyester Non Oui Câble #4 Section 4 mm 2 120 brins pas de 250 mm Filin polyester + Ruban en polyester Non Oui Cable #5 Section 35mm2 216 brins, pas de 250mm Filin polyester Non Oui L’impédance de transfert est une mesure caractérisant la performance d’un blindage. Elle indique la tension induite dans le conducteur électrique lié au courant circulant dans la couche de blindage. La mesure est faîte suivant la norme CEI 62153-4-16. Sur cette on constate qu’avec un pas de 250 mm pour les câbles #2, #3, #4, on obtient une impédance de transfert bien en dessous du gabarit (objectif recherché). Au contraire, avec une pose des brins en long (équivalent à un pas infini) (câble #1), les brins ne sont pas suffisamment maintenus pour assurer une couverture à 100% et l’impédance de transfert est au-dessus du gabarit. Ceci donne une indication sur la longueur du pas qui ne doit pas être trop long. On constate également que pour un pas de 250 mm, l’ajout d’une structure de maintien 5 comprenant à la fois un filin 51 de maintien et un ruban 52 de maintien en polyester permet aussi d’améliorer l’impédance de transfert. Ainsi la courbe pour le câble #4 est en dessous de la courbe pour le câble #3 (sans ruban 52 de maintien en polyester mais seulement avec un filin 51 de maintien en polyester). La illustre l’impédance de transfert Zt (mΩ/m) du câble #2 présentant une section de l’âme du conducteur électrique de 4mm 2 avec un écran de blindage 6 constitué d’un ruban en aluminium enroulé en hélice selon un pas de 250mm après réticulation et ayant subi des courbures successives d'un rayon de 3 fois le diamètre du câble (3D) puis de 5 fois le diamètre du câble (5D). On précise que la réticulation est la création de nouvelles liaisons par bombardement. Il s’agit d’une irradiation électronique. La illustre l’atténuation d’écran du blindage 3 (AS) sur le câble #2 présentant une section de l’âme du conducteur électrique de 4 mm² avec ruban aluminium enroulé en hélice selon un pas de 250mm après réticulation et ayant subi des courbures successives d'un rayon de 3 fois le diamètre du câble (3D) puis de 5 fois le diamètre du câble (5D). L’atténuation d’écran décrit l’efficacité du blindage et s’exprime en dB. Il correspond au rapport entre la puissance envoyée dans le câble et la puissance rayonnée. La mesure est faîte suivant la norme IEC 62153-4-16. Les figures 6 et 7 montrent que le blindage ne se dégrade pas suite à des flexions faisant suite à une réticulation. La illustre l’impédance de transfert Zt (Ω/m) sur le câble #5 présentant une couche de blindage 3 sur un conducteur électrique 2 présentant une section de l’âme de 35 mm² sans ruban de maintien ni écran de blindage (ruban aluminium) après réticulation et ayant subi des courbures successives d'un rayon de 5 fois le diamètre du câble (5D). Cette figure montre que le blindage se dégrade à mesure que le câble est fléchi. Ceci met donc en avant l’importance du ruban de maintien en polyester sur sa capacité à maintenir les brins et une couverture à 100% sans dégradation du blindage. La compare l’impédance de transfert d’une tresse et d’un guipage ayant un R0 similaire pour le câble #2. On remarque qu’aux fréquences supérieures à 1 MHz, on observe que les courbes restent relativement comparables, les performances du blindage sont donc similaires. Câble (1, 10, 20, 30) électrique comprenant un conducteur (2) électrique central et une couche (3) de blindage entourant le conducteur (2) central formant une enveloppe tubulaire logeant le conducteur (2), la couche de blindage (3) comprenant une pluralité de brins (31, 32, 33, 34) enroulés en hélice autour du conducteur central (2) selon un pas supérieur ou égal à 100 mm de manière à obtenir une fréquence caractéristique supérieure ou égale à 1MHz. Câble (1, 10, 20, 30) selon la revendication 1, dans lequel le pas d’enroulement de la couche (3) de blindage est inférieur ou égal à 1000 mm, de préférence égal à 250 mm. Câble (1, 10, 20, 30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel la couche (3) de blindage comprend entre 59 et 836 brins. Câble (1, 10, 20, 30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le diamètre des brins de la couche (3) de blindage est compris entre 0,08 mm inclus et 0,22 mm inclus. Câble (10, 20, 30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une structure (5) de maintien entourant la couche (3) de blindage. Câble (10, 20) selon la revendication 5, dans lequel la structure (5) de maintien est constituée d’un filin (51) ou d’un ruban (52) de maintien enroulé en hélice autour de la couche (3) de blindage. Câble (30) selon la revendication précédente, dans lequel la structure (5) de maintien comprend une combinaison de deux filins de maintien (51) ou de deux rubans de maintien (52) ou d’un filin de maintien (51) et d’un ruban de maintien (52), croisés. Câble selon la revendication 6 et/ou la revendication 7, dans lequel le filin de maintien ou le ruban de maintien sont en polyester ou en polyéthylène ou polypropylène, ou en polyamide, ou en aramide ou en fibre de verre Câble (20) selon l’une des revendications 5 à 8, comprenant un écran (6) de blindage enroulé en hélice autour de la structure (5) de maintien, de manière à recouvrir totalement la structure (5) de maintien, l’écran étant réalisé dans un matériau conducteur électrique, de préférence un ruban en aluminium. Câble (1, 10, 20, 30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les brins (31, 32, 33, 34) de la couche de blindage (3) sont des conducteurs électriques, de préférence en cuivre ou en aluminium ou en composites. Câble (1, 10, 20, 30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le diamètre extérieur du conducteur (2) électrique est compris entre 1 mm et 35 mm, de préférence entre 3 mm et 22 mm de préférence 4 mm.