DISPOSITIF DE TRANSMISSION D'ENERGIE D'UN MILIEU A UN AUTRE

Description

[0001] L'invention concerne un dispositif permettant la transmission d'énergie d'un milieu à un autre, comme par exemple US 3,172,944.

[0002] Plus précisément, l'invention concerne un dispositif permettant le passage d'énergie, comme une fenêtre hyperfréquence, par exemple, pouvant notamment être utilisée à la sortie d'un tube électronique de puissance pour la transmission d'une onde électromagnétique hyperfréquence entre l'intérieur d'un tube, éventuellement sous vide, et l'extérieur du tube à la pression atmosphérique, le tube pouvant être un amplificateur tel qu'un tube à onde progressive.

[0003] La figure 1 est une représentation classique d'une fenêtre hyperfréquence. La fenêtre hyperfréquence 1 comprend une paroi 2, typiquement la paroi 2 comprend un matériau céramique tel que l'alumine.

[0004] La fenêtre hyperfréquence 1 comprend en outre une âme 3 traversant la paroi 2, l'âme 3 s'étendant selon une direction longitudinale d_Long.

[0005] Une gaine 4 comprenant un matériau permettant l'adaptation hyperfréquence et thermomécanique est disposée de manière coaxiale autour de la paroi 2.

[0006] Un corps 5 réalisé dans un matériau métallique, l'acier inoxydable par exemple, permet de créer un ensemble adapté pouvant être assemblé sur un tube électronique.

[0007] L'ensemble de ces pièces est assemblé par brasage, l'âme 3 étant réalisée dans une dimension suffisamment petite pour que les différences de dilatation permettent de garantir une tenue mécanique suffisante. Typiquement, le diamètre d1 de l'âme 3 est de l'ordre de 0,5 mm.

[0008] La mise en oeuvre de cette première solution est complexe, elle requiert plusieurs étapes d'assemblage et de brasage.

[0009] Une autre solution consiste à utiliser une âme 3 comprenant des matériaux à dilatation contrôlée.

[0010] Les matériaux à faible dilatation thermique généralement utilisés sont le fénico (marque déposée) présentant un coefficient d'élongation thermique faible, de l'ordre de 0,0121 mm par mm à 1010°C ou le molybdène présentant un coefficient d'élongation d'environ 0,0057 mm par mm à 1010°C.

[0011] Un inconvénient d'une fenêtre hyperfréquence utilisant des matériaux à dilatation contrôlée est que ces matériaux sont fortement résistifs ce qui limite les capacités de transfert de puissance.

[0012] Une autre solution possible consiste à utiliser un matériau tel que le moly-cuivre associant les propriétés de faible dilatation thermique du molybdène et les propriétés de bon conducteur d'énergie du cuivre.

[0013] Un but de l'invention consiste en l'élaboration d'un dispositif alternatif de transfert d'énergie d'un milieu à un autre de manière étanche ou non.

[0014] Selon un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de transmission d'énergie comprenant :

• une paroi séparant deux milieux,
• au moins un élément conducteur traversant la paroi, l'élément conducteur comprenant un matériau conducteur d'énergie s'étendant selon une direction longitudinale,

[0015] l'élément conducteur étant fixé sur la paroi et comprend en outre un trou traversant la paroi et s'étendant selon une direction sensiblement parallèle à la direction longitudinale de part et d'autre des surfaces de la paroi sur des longueurs respectives supérieures ou égales à la plus grande dimension d'une section de l'élément conducteur, la section de l'élément conducteur étant considérée au niveau de la paroi, et le rapport entre la surface de la section de l'élément conducteur avec le trou et la surface de la section de l'élément conducteur sans le trou, les sections St et Sc étant considérées au niveau de la paroi, étan,t supérieur ou égal à un seuil compris entre 0,85 et 0,95. Avantageusement, le seuil est supérieur à 0,9.

[0016] L'invention permet d'assembler des matériaux de forte conduction énergétique comme le cuivre, l'or ou l'argent à des matériaux de type diélectrique ou isolant thermique de faible épaisseur comme l'alumine, par exemple.

[0017] Ce mode de réalisation est un bon compromis entre les facultés de l'élément conducteur à libérer des contraintes mécaniques et le transfert de fort niveau de puissance.

[0018] Avantageusement, la section Sc de l'élément conducteur dans l'épaisseur de la paroi est circulaire, constante ce qui facilite la mise en oeuvre. La section Sc de l'élément conducteur présente un premier diamètre inférieur ou égal à 3 mm.

[0019] Lorsque l'invention est appliquée à des tubes hyperfréquences, avec fenêtre de sortie coaxiale d'une telle dimension, inférieure ou égale à 3mm (comme exemple de tubes, on peut citer les TOP/ ou TWT en acronyme anglais). Les puissances de sortie peuvent être dans la gamme 100-300 W car la transmission de puissance à travers la fenêtre reste élevée (rapportée à cette petite section de diamètre 3mm) du fait que la partie évidée de la fenêtre a une section faible (10% de la section d'une fenêtre « pleine »).

[0020] Avantageusement, la section du trou est circulaire et constante.

[0021] Avantageusement, l'épaisseur de la paroi selon la direction longitudinale est inférieure ou égale à 1 mm en fonction de la souplesse nécessaire pour s'adapter aux différentes sollicitations thermomécaniques créé lors des différentes phases d'assemblage et lors des sollicitations dues aux transferts d'énergies électriques ou hyperfréquences.

[0022] Avantageusement, le dispositif de transmission d'énergie tel que décrit précédemment est une fenêtre hyperfréquence

[0023] Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif tel que décrit précédemment comprenant une pluralité d'éléments conducteurs disposés de manière sensiblement parallèle à la direction longitudinale, la distance entre deux éléments conducteurs successifs étant supérieure ou égale à 0,5 mm.

[0024] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif, et, grâce aux figures annexées parmi lesquelles :

• la figure 1, déjà décrite représente une première fenêtre hyperfréquence, selon l'art antérieur connu,
• la figure 2 représente un dispositif de transmission d'énergie d'un milieu à un autre, selon un aspect de l'invention, et
• la figure 3 représente un dispositif de passage multiple d'énergie d'un milieu à un autre, selon un autre aspect de l'invention.

[0025] Un mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 2.

[0026] En l'espèce, le dispositif comprend une paroi 2 comprenant un matériau isolant thermique et électrique telle qu'une céramique, l'alumine étant particulièrement bien adapté. La paroi 2 est fixée aux pièces de raccord 7 à l'aide de brasures 6 par exemple.

[0027] Le dispositif de transmission selon un aspect de l'invention permet l'assemblage d'un élément conducteur 3 avec une paroi 2 isolante électriquement et/ou thermiquement.

[0028] L'épaisseur e de la paroi 2 peut être quelconque, cependant, le dispositif décrit trouve une application particulière pour les dispositifs comprenant notamment une épaisseur e de paroi 2 faible, typiquement inférieure à environ 1 mm.

[0029] Les contraintes mécaniques pour ce type de dispositif dues aux variations de températures étant d'autant plus critiques pour l'intégrité du dispositif de transmission d'énergie.

[0030] L'élément conducteur 3 s'étend selon une direction longitudinale d_Long et traverse la paroi 2.

[0031] L'élément conducteur 3 comprend un matériau ayant de bonnes propriétés de conduction énergétique, tel que le cuivre. L'énergie transmise pouvant être sous la forme d'énergie thermique, de courant électrique ou d'ondes électromagnétiques.

[0032] La section Sc de l'élément conducteur 3 considérée au niveau de la paroi 2 est quelconque, préférentiellement la section Sc de l'élément conducteur 3 est circulaire et constante dans l'épaisseur e de la paroi 2 et présente un premier diamètre d1.

[0033] L'élément conducteur 3 est fixé à la paroi 2 de manière étanche au vide ou non, selon les applications pour lesquelles le dispositif de transmission d'énergie est destiné. La fixation peut par exemple être réalisée au moyen de colle, de brasures ou de soudures. En l'espèce, la fixation est réalisée à l'aide de brasures 6.

[0034] L'élément conducteur 3 comprend en outre un trou 8 s'étendant selon une direction sensiblement parallèle à la direction longitudinale d_Long et débordant de part et d'autre des surfaces de la paroi 2 sur des longueurs L supérieures ou égales à la plus grande dimension de la section Sc de l'élément conducteur 3, la section Sc de l'élément conducteur 3 étant considérée au niveau de la paroi 2.

[0035] Autrement dit, si la section Sc de l'élément conducteur 3 est circulaire et constante dans l'épaisseur e de la paroi 2, le trou 8 s'étend de part et d'autre des surfaces de la paroi 2 ou, en d'autres termes, déborde de part et d'autre des surfaces de la paroi 2 sur des longueurs respectives supérieures ou égales au premier diamètre d1 limitant ainsi les contraintes mécaniques de dilatation et de compression générées par les variations de températures lors du passage de l'énergie.

[0036] La position du trou 8 peut être quelconque, mais avantageusement le trou 8 est centré. Le trou 8 peut être débouchant ou borgne sur l'une ou l'autre des extrémités. Préférentiellement, le trou 8 est débouchant sur au moins une des extrémités de l'élément conducteur 3. La section St du trou 8 peut être quelconque, préférentiellement, la section St du trou 8 est circulaire et constante dans l'épaisseur e de la paroi 2 ce qui permet une formation du trou 8 par perçage. Le trou 8 présente un deuxième diamètre d2.

[0037] Le rapport entre la surface de la section Sc de l'élément conducteur 3 après le perçage du trou 8 et la surface de la section Sc de l'élément conducteur 3 avant le perçage du trou 8 est compris entre 0,85 et 0,95, et préférentiellement, supérieure ou égale à 0,9.

[0038] En d'autres termes, la section Sc de l'élément conducteur 3 après perçage est supérieure à 90% de la section Sc de l'élément conducteur 3 avant perçage. Ainsi les pertes de surface efficace permettant le transfert d'énergie sont très faibles.

[0039] Par voie de conséquence, si la section Sc de l'élément conducteur 3 et la section St du trou 8 sont circulaires dans l'épaisseur de la paroi 2, le rapport entre le deuxième diamètre d2 du trou 8 et le premier diamètre d1 de l'élément conducteur 3 est alors de 0,3 au minimum. Le diamètre de perçage peut être réalisé aussi petit qu'il est possible de le réaliser, typiquement 0,2 mm.

[0040] Un autre aspect de l'invention consiste à disposer de manière sensiblement parallèle à la direction longitudinale d_Long une pluralité de dispositifs hyperfréquences permettant la transmission d'énergie de forte puissance. Cet aspect de l'invention est représenté sur la figure 3.

[0041] Avantageusement, la distance entre deux dispositifs de transmission d'énergie successifs est supérieure ou égale à 0,5 mm.

Revendications

1. Dispositif de transmission d'énergie comprenant :

- une paroi (2) séparant deux milieux,

- au moins un élément conducteur (3) traversant la paroi (2), l'élément conducteur (3) comprenant un matériau conducteur d'énergie s'étendant selon une direction longitudinale (d_Long),
l'élément conducteur (3) est fixé à la paroi (2) et comprend un trou (8) traversant la paroi (2) et s'étendant selon une direction sensiblement parallèle à la direction longitudinale (d_Long) de part et d'autre des surfaces de la paroi (2), sur des longueurs respectives supérieures ou égales à la plus grande dimension d'une section (Sc) de l'élément conducteur (3) considérée au niveau de la paroi (2),
caractérisé en ce que
le rapport maximal entre la surface de la section (Sc) de l'élément conducteur (3) avec le trou (8) et la surface de la section (St) de l'élément conducteur (3) sans le trou (8) au niveau de la paroi est supérieur ou égal à un seuil compris entre 0,85 et 0,95.

2. Dispositif de transmission d'énergie selon la revendication 1 dans lequel le seuil est supérieur à 0,9.

3. Dispositif de transmission d'énergie selon l'une des revendications précédentes dans lequel la section (Sc) de l'élément conducteur (3) dans l'épaisseur (e)de la paroi est circulaire, constante et présente un premier diamètre (d1).

4. Dispositif de transmission d'énergie selon la revendication 3 dans lequel le premier diamètre (d1) est inférieur ou égal à 3 mm.

5. Dispositif de transmission d'énergie selon l'une des revendications précédentes dans lequel une section (St) du trou (8) considéré au niveau de la paroi (2) est circulaire et constante.

6. Dispositif de transmission d'énergie selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'épaisseur (e)de la paroi (2) selon la direction longitudinale (d_Long) est inférieure ou égale à 1 mm.

7. Dispositif de transmission d'énergie selon l'une des revendications précédentes comprenant une pluralité d'éléments conducteurs (3) disposés sensiblement parallèlement à la direction longitudinale (d_Long), la distance (d) entre deux éléments conducteurs (3) successifs étant supérieure ou égale à 0,5 mm.

8. Dispositif de transmission d'énergie selon l'une des revendications précédentes étant une fenêtre hyperfréquence.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Übertragen von Energie, die Folgendes umfasst:

- eine Wand (2), die zwei Medien voneinander trennt;

- wenigstens ein durch die Wand (2) verlaufendes leitendes Element (3), wobei das leitende Element (3) ein energieleitendes Material umfasst, das in einer Längsrichtung (d_Long) verläuft,
wobei das leitende Element (3) an der Wand (2) befestigt ist und ein Loch (8) aufweist, das durch die Wand (2) passiert und in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung (d_Long) auf beiden Seiten der Oberflächen der Wand (2) über jeweilige Längen verläuft, die gleich oder größer sind als die größte Dimension eines an der Wand (2) betrachteten Abschnitts (Sc) des leitenden Elements (3), dadurch gekennzeichnet, dass das maximale Verhältnis zwischen der Oberfläche des Abschnitts (Sc) des leitenden Elements (3) mit dem Loch (8) und der Oberfläche des Abschnitts (St) des leitenden Elements (3) ohne das Loch (8) an der Wand gleich oder größer ist als eine Schwelle zwischen 0,85 und 0,95.

2. Vorrichtung zum Übertragen von Energie nach Anspruch 1, wobei die Schwelle größer als 0,9 ist.

3. Vorrichtung zum Übertragen von Energie nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abstand (Sc) des leitenden Elements (3) in der Dicke (e) der Wand kreisförmig und konstant ist und einen ersten Durchmesser (d1) hat.

4. Vorrichtung zum Übertragen von Energie nach Anspruch 3, wobei der erste Durchmesser (d1) gleich oder kleiner als 3 mm ist.

5. Vorrichtung zum Übertragen von Energie nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein an der Wand (2) betrachteter Abschnitt (St) des Lochs (8) kreisförmig und konstant ist.

6. Vorrichtung zum Übertragen von Energie nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Dicke (e) der Wand (2) in der Längsrichtung (d_Long) gleich oder kleiner als 1 mm ist.

7. Vorrichtung zum Übertragen von Energie nach einem der vorherigen Ansprüche, die mehrere leitende Elemente (3) umfasst, die im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung (d_Long) angeordnet sind, wobei der Abstand (d) zwischen zwei aufeinander folgenden leitenden Elementen (3) gleich oder größer als 0,5 mm ist.

8. Vorrichtung zum Übertragen von Energie nach einem der vorherigen Ansprüche, die ein Mikrowellenfenster ist.

Claims

1. A device for transmitting energy comprising:

- a wall (2) separating two media;

- at least one conducting element (3) passing through said wall (2), said conducting element (3) comprising an energy conducting material extending in a longitudinal direction (d_Long),
said conducting element (3) being fixed to said wall (2) and comprising a hole (8) passing through said wall (2) and extending in a direction that is substantially parallel to said longitudinal direction (d_Long) on either side of the surfaces of said wall (2), over respective lengths that are greater than or equal to the largest dimension of a section (Sc) of said conducting element (3) that is considered on said wall (2), characterised in that the maximum ratio between the surface of said section (Sc) of said conducting element (3) with said hole (8) and the surface of the section (St) of said conducting element (3) without said hole (8) on said wall is greater than or equal to a threshold between 0.85 and 0.95.

2. The device for transmitting energy according to claim 1, wherein the threshold is greater than 0.9.

3. The device for transmitting energy according to any one of the preceding claims, wherein said section (Sc) of said conducting element (3) in the thickness (e) of said wall is circular, constant and has a first diameter (d1).

4. The device for transmitting energy according to claim 3, wherein said first diameter (d1) is less than or equal to 3 mm.

5. The device for transmitting energy according to any one of the preceding claims, wherein a section (St) of said hole (8) that is considered on said wall (2) is circular and constant.

6. The device for transmitting energy according to any one of the preceding claims, wherein said thickness (e) of said wall (2) in said longitudinal direction (d_Long) is less than or equal to 1 mm.

7. The device for transmitting energy according to any one of the preceding claims comprising a plurality of conducting elements (3) disposed substantially parallel to said longitudinal direction (d_Long), the distance (d) between two successive conducting elements (3) being greater than or equal to 0.5 mm.

8. The device for transmitting energy according to any one of the preceding claims being a microwave window.

Dessins