INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Les deux diélectriques (1) et (2) ont la même surface, des épaisseurs e1 et e2, des constantes diélectriques relatives t1 et 29 des résistivités r1 et r2 et, si on charge le condensateur à une tension U, il s'établit dans chacun des diélectriques des champs E1 et E2 et il apparaît sur chacun des diélectriques une tension U1 = E1 el et U2 = e L'état de la technique admet universellement que dans le cas d'un tel diélectrique mixte les champs E1, E2 et par conséquent les tensions U1, U2 sont fonctions des constantes dié lectriques 51 et2 t2. On démontre que
Or, cette relation n'est vraie que pour un condensateur théorique qui n'a pas de résistance de fuite.De telles résistances de fuite R1 et R2 sont représentées sur la figure lb en parallèle sur des condensateurs C1 et C2 qui symbolisent les deux diélectriques 1 et 2. Dans la plupart des applications pratiques la relation (1) est vraie car R1 et R2 peuvent être considérés comme infinis. Si on considère les condensateurs C1 et C2 en série et sans résistances de fuite on a U2 C1 (2) = UI C2 L'hypothèse R1 et R2 infinis est justifiée dans pratiquement toutes les applications de l'état de la technique, car tous les condensateurs connus travaillent à champ électrique "faible" (inférieur à 200 V/p m).Dans ces conditions la résistivité du diélectrique que l'on peut exprimer de façon convention nelle en g .m mais aussi en Musa. p F représente pour un diélectri- que comme par exemple le polytéréphtalate d'éthylène une valeur de 50 000 M g . p F. Cette valeur qui est donnée dans la littérature pour un champ de quelques Volts/ pm seulement, correspond à une constante de temps de 50 000 secondes, -c < est-à-dire de 14 heures.
Comme le temp-s de charge d'un condensateur est toujours nettem-ent inférieur à ce temps, la résistance d'isolement n'aura pas le temps de modifier a répartition de tensions telle que exprimée par les relations (1) et (2).
Dans les conditions de l'invention par contre, qui consistent en particulier à se rapprocher le plus possible du champ limite permis par les diélectriques, c'est-à-dire de leur rigidité intrinsèque, les résistivités des diélectriques ne sont plus qu'une fraction de celles données dans la littérature, et alors les résistances d'isolement R1 et R2 ainsi que les constantes de temps R1 C1 et R2 C2 deviennent suffisamment faibles pour provoquer la répartition des tensions selon la relation U R2 (3) = U1 R c'est-à-dire U1 U2 (4) --~-- = R1 R2 Si on se place dans le cas ou U1 et U2- ont atteint leur valeur maximale, très proche du claquage, on a U1 max U2 max (5) R1 R2 Soit, en faisant intervenir le champ maximum de chacun des diélectriques E1 max et E2 max (rigidités diélectriques) ainsi que leurs résistivités respectives rl et r2 et les épaisseurs des diélectriques on obtient E1 max el E2 max e2 (6) r1 el r2 e2 soit E1 max E2 max (7) rl r2 relation qui traduit en principe un procédé préférentiel de choix des diélectriques et des conditions d'imprégnation prévu par l'invention.
Mais il faut cependant remarquer que la relation (7) n'est valable que sur un plan purement théorique. En effet, en pratique il vaut mieux se limiter à l'utilisation des relations (3) ou (4) faisant intervenir la résistance d'isolement totale d'une épaisseur de couche donnée plutôt que sa résistivité. Car pour établir les relations (6) et (7) on a posé les hypothèses R1 = rl el et R2 =r2 e2 alors que notre expérience a montré que ces hypothèses ne sont pas vérifiées pour des films de diélectriques minces et soumis à des champs élevés. Nous avons constaté que pour de tels films R n'est pas une fonction linéaire de l'épaisseur, c'est-à-dire la résistivité n' est pas une constante. Par exemple pour des films de polyester de 3 à 5 p m la résistivité est bien plus faible que pour une épaisseur de 8 à 12 au m.Ces résistivités étant bien entendu toujours mesurées à champ élevé. Le choix des diélectriques doit donc se faire selon la relation (4) et doit tenir compte des épaisseurs de diélectrique particuliàres.
Considérons (fig. la) un ensemble constitué de deux diélectriques dont l'un (1) est solide et constitué d'une matière plastique homogène et l'autre (2) est poreux et fibreux, le tout étant imprégné d'une huile isolante.
Si on étudie ces diélectriques sur le plan de leur résistivité, on peut admettre en première approximation que le diélectrique 2 se comporte comme un réservoir d'huile et possède une grande partie des caractéristiques de cette dernière, alors que le diélectrique 1 qui est solide a essentiellement les caractéristiques du matériau qui le constitue.
Selon les connaissances de l'état de la technique, quand un tel diélectrique solide est utilisé seul ou en combinaison avec un autre et s'il est imprégné huile, on admet que cette dernière ne sert qu'à renforcer les points faibles du diélectrique et à améliorer la rigidité diélectrique à ces endroits. On compte aussi sur une diminution des effets corona en particulier au niveau des bords et des arêtes. En ce qui concerne la résistivité d'un diélectrique solide, on admettait toujours que c'était une caractéristique uniquement propre au matériau lui-même.
Dans le cadre des résultats de la présente invention par contre, et en tout cas pour les champs élevés qui y sont prévus le diélectrique 1 a une résistivité qui n'est pas constante, mais qui est d'abord proportionnelle à l'épaisseur de film qui a été choisie, et ensuite, pour une épaisseur donnée, cette résistivité (ou la résistance dans le cas de cette épaisseur particulière) est une fonction décroissante du champ électrique. Enfin, cette résis tivité n'est plus exclusivement liée au matériau, mais est fortement fonction de l'huile qui l'imprègne. Cette découverte a été faite par hasard : nous avons réalisé un premier condensateur selon l'invention, qui avait une densité d'énergie de 1,3 J/cm3 obtenue d'une façon parfaitement fiable et reproductible. Ce condensateur était imprégné d'huile silicone.Par la suite, nous avons fabriqué un deuxième condensateur exactement identique au premier,.
mais imprégné d'huile de ricin.
La tension de charge de ce deuxième condensateur ne pouvait plus atteindre que 75 % de la tension du condensateur pré- cédent et sa densité d'énergie était donc réduite à 56 Z de celle du premier condensateur. Or, les caractéristiques d'isolement de l'huile de ricin sont pratiquement aussi bonnes que celles. de l'huile de silicone. En calculant l'énergie contenue dans chacun des diélectriques du premier condensateur, on a constaté que l'éner- gie contenue dans le diélectrique 1 représentait environ 85 Z de son énergie totale. Le déficit d'énergie du deuxième condensateur devait donc provenir au moins pour une grande part du diélectrique 1,. puisque ce condensateur avait perdu 44 Z de son énergie totale.
Ce déficit d'énergie du deuxième condensateur ne pouvait donc pas provenir uniquement du- diélectrique 2 que ce soit pour des raisons de résistance ou pour des raisons de rigidité de ce diélectrique et de son huile. Comme la rigidité diélectrique de l'huile du deuxième condensateur était aussi bonne que celle du premier, le déficit d'énergie du diélectrique 1 ne pouvait avoir pour cause une question de rigidité diélectrique, mais uniquement une modifier cation de résistance et une mauvaise répartition des tensions par rapport aux rigidités, comme l'enseigne l'invention.
Il fallait donc que l'huile joue un rôle dans la résistance et la résistivité du diélectrique 1, ce qui à notre connaissance n'est pas admis couramment pour un diélectrique solide.
La preuve étant là, nous avons émis l'explication suivante : la raison probable est que les films de matière plastique minces ont un certain nombre de micro-trous. Le nombre de ces trous par unité de surface est inversement pro-portionnel à l'épaisseur. Au dessus d'une -certaine épaisseur, les films sont probablement "étanches".
Ces micro-trous sont assez fins pour nepas entraîner un claquage du diélectrique. Ils sont distincts d'une part des "cratères" du film qui sont des crevasses sur une profondeur partielle du diélectrique mais qui sont plus larges et provoquent le claquage à une certaine tension et, d'autre part, des "micro-cav-ités" qui sont des cavités microscopiques, remplies d'air ou d'huile, mais ne communiquant pas forcément entre elles. Les micro-trous quant à eux, plus ou moins remplis d'huile d'imprégnation, sont assez nombreux pour un film mince pour que, sous champ élevé, leur présence en parallèle conduise àun courant à travers l'huile dont ils sont remplis.Ce courant est dû à des phénomènes d'ionisation, ou à des impuretés ou à l'humidité résiduelle de l'huile. Il se traduit par un abaissement virtuel de la résistance d'isolement du film. Ce phénomène s' ajoute aux courants de polarisation et d'ionisation du matériau lui-même, et risque d'être confondu avec ces derniers. Mais dans nos conditions l'existence d'un courant par micro-trous est obligée.
C'est en faisant varier les types d'huile et leurs conditions dtim- prégnation et en mesurant les résistances de fuite (à champ élevé) des condensateurs réalisés que nous avons trouvé des variations de résistance telles qu'elles ne pouvaient provenir que d'une conduction à travers des passages mécaniques du diélectrique 1 remplis d'huile. Si le film plastique avait été étanché, l'huile n'aurait pu avoir une telle influence.
Apyres ces différentes opérations, on dépose sur la pièce une sous-couche de polycarbonate. Dans ce but, on lave tout d'abord la pièce avec du chloroforme et on la laisse sécher pendant une demi-heure. On pre- pare une solution de polycarbonate en dissolvant dans 1,5 1 de chloroforme 150 g de polycarbonate qui ont été séchés préalablement pendant 4 heures à 1350C On projette ensuite cette solution sur la pièce au moyen d'un pistolet à air comprimé sous 0,1 Sa à une dis tance de 150 mm (distance de la buse du pistolet à la pièce), en opérant sous une hotte avec une bonne aspi- ration d'air. Pendant la projection; on fait tourner la pièce comme précédemment à une vitesse d'environ 1 tour par minute.On dépose 5 couches successives de polycarbonate afin d'obtenir une épaisseur totale d'environ 200 m en attendant 2 minutes entre le dépôt de deux couches successives. On laisse ensuite la pièce en rotation sécher pendant environ 1 heure à la température ambiante. On la soumet ensuite à un étuvage pendant 12 heures à 500C sous un vide d'environ 1,33 kPa afin d'éliminer le chloroforme emprisonné dans la couche de polycarbonate.
On introduit ensuite la pièce dans une botte à gant mise sous balayage d'argon pour réaliser le traitement de surface de la couche de polycarbonate au moyen d'un plasma d'arc gazeux. Ceci peut être effectué dans l'installation représentée sur la figure 1.
Sur la figure 1, on voit que cette installation se compose essentiellement d'une enceinte étanche 1 à l'intérieur de laquelle la pièce à traiter 8 repose sur un support 2 mobile en rotation autour d'un axe vertical grâce à un moteur 4. Dans le cas particulier décrit ici, la pièce à traiter 8 présente une symétrie de révolution et elle est disposée sur le support 2 de sorte que son axe de symétrie soit confondu avec l'axe de rotation de ce support. La projection de plasma est effectuée grâce à un pistolet 10 mobile le long d'un gabarit 12 grâce à un mécanisme d'entraînement 13.
Un dispositif de synchronisation 6 placé à l'extérieur de l'enceinte 1 contrôle à la fois les mouvements du pistolet 10 et du moteur 4 afin que la combinaison de la rotation de la pièce 8 autour de son axe et des déplacements du pistolet le long du gabarit 12 permette d'effectuer le traitement de toute la surface de la pièce 8. Le pistolet 10 est relié à un pupitre de contrôle de plasma 14. Comme on le verra plus loin, il peut aussi être relié à un distributeur de poudre 16 par un tuyau 41, en vue d'être utilisé également pour la réalisation d'un revêtement sur la pièce qui a été soumise au traitement de surface de l'invention.
Le pupitre 14 permet de contrôler l'arrivée sur le pistolet des gaz nécessaires à la réalisation du plasma, c'est-à-dire, dans le cas particulier décrit ici, de l'argon et de l'hélium, ainsi que de l'eau nécessaire à son refroidissement. Le pistolet 10 et le distributeur de poudre 16 seront décrits plus en détail ci-après en référence aux figures 2 et 4.
On voit encore sur la figure 1 le système de refroidissement 18 utilisé pour refroidir la pièce 8 dans la zone où est effectué le traitement de surface ou la projection. Ce système se trouve à la même bau- teur que le pistolet 10 par rapport à la pièce 8, et il est également mobile le long de cette pièce grâce au dispositif de synchronisation 6. Le système de refroi- dissement 18 fera l'objet d'une description plus détaillée ci-dessous en référence à la figure 3.
Afin de régler au mieux les paramètres de fonctionnement du système de refroidissement 18 et l'état de l'atmosphère régnant dans l'enceinte l; on a prévu un-certain nombre de capteurs de température pour connaître la température de la pièce 8 et de l'atmosphère régnant dans l'enceinte. On a représenté schématiquement sur la figure un capteur 2Q à l'inté- rieur de la pièce et un capteur 22 dans l'enceinte 1 reliés à un dispositif de contrôle 24, lequel permet de réagir sur les paramètres de fonctionnement du système 18 grâce à un dispositif de commande 26.
D'autre part, pour régler la composition de l'atmosphère régnant dans l'enceinte 1, on a prévu un balayage de celle-ci à l'aide d'un gaz neutre, par exemple de l'argon, ainsi qu'un clapet taré permettant l'évacuation des gaz contenus dans l'enceinte si la pression devient supérieure à une valeur prédétermi née. L'introduction du gaz de balayage dans l'enceinte est symbolisée par la flèche 28 et l'extraction du gaz en cas de surpression par la flèche 30. On analyse constamment la composition du gaz contenu dans l'enceinte et on ajuste les conditions de balayage en fonction des résultats de l'analyse : en effet, la projection de plasma elle-même et le refroidissement de la pièce 8 à l'aide du système 18 introduisent dans l'enceinte 1 des gaz qu'il faut évacuer.C'est pourquoi on contrôle constamment la pression et la composition de l'atmosphère régnant dans celle-ci pour régler le débit de balayage en conséquence. Il se peut même éventuellement qu'on arrête le balayage si la composition reste dans les normes prescrites et si la pression reste inférieure à la valeur limite prédéterminée.
Ainsi, le fait qu'on contrôle l'atmosphère régnant dans l'enceinte permet d'utiliser des pièces en matériaux très actifs chimiquement puisque l'opération se déroule sous atmosphère neutre, tandis que le fait de refroidir avec des gouttelettes d'un gaz liquéfié permet un refroidissement très efficace et donc d'utiliser des matériaux instables au-delà d'une température relativement faible, de l'ordre de 1000C. En effet, l'utilisation d'un liquide cryogénique, par exemple un gaz liquéfié comme l'hélium, l'azote ou l'argon, permet de maintenir la température de la pièce à une valeur inférieure à 500C.
Enfin, étant donné que la création d'un jet de plasma provoque la formation d'un champ électromagnétique très intense dans l'enceinte 1, on a prévu de protéger tous les appareils se trouvant à l'intérieur de celle-ci en les reliant à la masse par des condensateurs : on voit sur la figure 1 le condensateur 9 qui relie le support 2 à la masse métallique consti tuée par la paroi inférieure de l'enceinte 1, mais tous les autres éléments, en particulier le pistolet 10 et le système de refroidissement 18, sont également protégés par des condensateurs.
Eventuellement, on peut prévoir un passage tournant dans le support 2 pour le passage des fils nécessaires au fonctionnement des différents appareils. D'autres aménagements peuvent utilement être prévus, comme des hublots d'observaticnD mais ceux-ci doivent être imperméables aux rayons ultraviolets, et une isolation phonique à cause du bruit important pro voqué par la création du jet de plasma Le pistolet à plasma 10 apparat mieux sur la vue en coupe de la figure 2, où l'on voit qu'il se compose essentiellement d'une anode 45 reliée à une source de courant (non représentée) par un fil 47 cette anode présentant une symétrie de révolution et ayant sensiblement la forme d'un cylindre creux.Un passage 46 est prévu sensiblement suivant l'axe de symétrie de cette anode et la cathode 48 est disposée à l'intérieur de cet espace. L'anode et la cathode sont entourées d'une enveloppe externe 50 ayant une forme et des dimensions telles que soit ménagé un passage pour l'eau de refroidissement entre l'anode et la ca thode d'une part et l'enveloppe externe d'autre part.
On voit encore sur la figure le raccord 49 où aboutit le tuyau amenant le mélange de gaz nécessaire à la création du plasma. Dans le mode particulier de réalisation décrit ici, la cathode est en tungstène, et l'anode 45 est en cuivre recouverte intérieurement de rhénium dans l'espace 46, la couche de rhénium assurant la protection thermique de l'anode.
Etant donné le fort dégagement de chaleur provoqué par la décharge électrique entre l'anode et la cathode pour la création du plasma, un refroidisse ment énergique du pistolet est nécessaire. Pour cela, on a prévu une circulation d'eau, celle-ci pénétrant dans le pistolet par un raccord 52 et circulant d'abord dans une chambre 53 entourant le support 55 de la cathode, puis dans un conduit 54 et arrivant dans une chambre 56 entourant l'anode. Cette dernière doit être suffisamment refroidie pour obtenir un bon écoulement du plasma hors de l'espace 46. Pour cela, on effectue le refroidissement avec une eau dont la température est inférieure à 100C et de préférence inférieure à 80C, tandis que les dimensions de la chambre 56 sont prévues suffisamment faibles pour que l'eau puisse s'écouler rapidement autour de l'anode et évacuer les calories produites avec un maximum d'efficacité.
La figure 3 montre le système de refroidissement 18 utilisé pour maintenir à un niveau très bas la température de la pièce dans la zone où est effectué le traitement de surface. On voit sur la figure deux buses 58 et 60 avec des orifices 59 et 61 respectivement pour la sortie des gouttelettes de gaz liquéfié. Les buses 58 et 60 sont reliées par deux canalisations 62 et 64 à une canalisation commune 66 qui les met en communication avec un réservoir de gaz liquéfié, par exemple de l'argon liquide, disposé à l'extérieur de l'enceinte 1 et non représenté sur la figure.
Pour réaliser la formation de gouttelettes, il est nécessaire d'entrainer le gaz liquéfié à l'aide d'un autre gaz sous pression, dit "gaz porteur". Eventuellement, on peut prévoir de mélanger le gaz porteur avec un autre gaz pour régler la tension superficielle des gouttelettes de gaz liquéfié et obtenir un meilleur refroidissement lorsque celles-ci se déposent sur la pièce 8. On voit sur la figure que les buses 58 et 60 sont reliées par des canalisations 68 et 70 respectivement à un tuyau 72 permettant le passage du mélange de gaz porteurs. C'est ainsi qu'on peut prévoir, par exemple, un réservoir d'argon et un réservoir d'hélium gazeux disposés à l'extérieur de l'enceinte 1 et reliés au tuyau 72 par des canalisations 74 et 76 respectivement.
I1 est essentiel de contrôler soigneusement la pression et le débit du gaz liquéfié et du gaz porteur pour que le refroidissement se fasse dans les meilleures conditions. On obtient les meilleurs résulo tats lorsque les gouttelettes de gaz liquéfié sont sphériques et ont un diamètre inférieur ou égal à 40 microns. D'autre part, pour éviter que ces gouttes ne se réchauffent au contact de l'un des gaz présents dans l'enceinte ou ne réagissent avec luia la distance de parcours doit etre suffisamment faible o la distance entre l'orifice de sortie 59 de la buse 58 et la pièce 8 doit être constante et comprise entre 5 et 100 mm et, de préférence, entre 5 et 50 mm L'agence= ment du dispositif est tel que cette distance ne varie pas lorsque le système de refroidissement se déplace par rapport à la pièce 8. Enfin, le gaz liquéfié doit se présenter sous forme monophasique à son entrée dans la buse, c'est-åmdlre non mélangé avec sa vapeur ~ ce résultat est obtenu par un choix convenable des dimensions de la canalisation d'arrivée du gaz liquéfié.
support 9 de la scie a lieu autour d'un seul et même point.
Toutefois, si le débit du fluide hydraulique devant être
respectivement délivré aux vérins 46a et 46b est réglé automa-
tiquement, par l'ajustement des valves de commande 48a et 48b, d'une manière telle que la vitesse de déploiement de l'une des tiges 46c et 46d puisse être supérieure à la vitesse de rétraction de l'autre de ces tiges 46c et 46d, le support 9 de la scie peut être soumis à un mouvement basculant tel que, alors qu'unme-ligne imaginaire 9L passant par ledit support 9 et s'étendant parallèlement au brin tranchant ou au brin de retour de la scie 24 à ruban conserve une relation tangentielle
par rapport à une ligne courbe imaginaire CS dont le cen-
tre de courbure se trouve sur la ligne centrale verticale CL (passant par le centre dudit support 9 et s'étendant à mi-distance entre les surfaces incurvées 27a et 27b), un point de tangence CP, auquel la ligne imaginaire 9L est en contact avec ladite courbe imaginaire CS, se meuve alternativement le long de cette courbe imaginaire CS,
comme représenté sur la figure 10. La direction dans la-
quelle le support 9 de la scie effectue un basculement de la
manière décrite ci-dessus peut être modifiée par une com-
mutation de la position du distributeur électromagnétique 47.
Il convient de noter que les extrémités opposées de la
course, dont le point de tangence CP se meut alternative-
ment le long de la courbe imaginaire CS pendant le bascu-
lement du support 9 de la scie à ruban, correspondent aux angles d'inclinaison des tangentes passant par les points de tangence CP aux extrémités opposées de ladite course,
respectivement, c'est-à-dire aux angles respectifs d'incli-
naison du support 9 de la scie basculé dans les directions opposées. En conséquence, l'instant auquel le support 9 a décrit un angle d'inclinaison prédéterminé, au cours de
avec jeu. De plus, la lame 12 présente en section trans-
versale 18 en biseau qui correspond à la cavité 17 élargie,
la cavité 17 et la section 18 en biseau délimitent une ou-
verture traversante dans la direction de la bouche d'as-
piration, qui est conçue de façon à empêcher les fines
poussières de s'accumuler dans la région de la lame 12.
De plus, cette dernière est très effilée dans la
zône supérieure qui entre en contact avec le boitier 8.
Le fonctionnement du dispositif coupe-fil est le suivant: comme connu en soi, la chaîne 6 de fil est formée sur la languette 5 peu avant que l'aiguille vienne en prise avec le tissu 7. Ensuite, l'avance du tissu 7 astreint la chaîne de fil à se dérouler elle-même de la languette 5; l'avance de la chaîne de fil dans la bouche d'aspiration est provoquée par l'effet d'aspiration causé par l'air comprimé sortant du trou 16. A ce moment, la chaîne de fil pénètre dans le tube de sortie 9 et est coupée par la lame 12 qui est actionnée par des moyens connus en eux- mêmes partiellement représentés à la Fig.2. L'introduction ou
aspiration de la chaîne 6 de fil dans la bouche d'aspira-
tion 10 et le tube de sortie 9 est assurée par la même la-
me 12 qui effectue l'opération de coupe: les mouvements alternés d'ouverture et de fermeture de ladite lame obstruent, en fait, la bouche d'aspiration 10, augmentant ainsi l'effet d'aspiration. La fermeture partielle de la bouche 10 facilite l'introduction de la chaîne 6 pour deux raisons: la première est que les mouvements de fermeture sont alternés avec des mouvements d'ouverture; la seconde
est que le mouvement de fermeture augmente l'effet d'as-
piration sur la chaîne de fil et et laisse la seconde z8ne lOb de la bouche non obstruée, en particulier la zône supérieure de celle-ci, cette zone étant nécessaire pour des tissus de grande épaisseur afin d'empêcher la bouche
d'être complètement fermée par ceux-ci.
L'avantage principal de l'augmentation de l'ef-