EP4006924A1

EP4006924A1 - Cable de puissance a filtre integre

Info

Publication number: EP4006924A1
Application number: EP21210642.1A
Authority: EP
Inventors: Eric Ravindranath Dubois; Hocine KHERBOUCHI; Sébastien CHENET
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2022-06-01
Also published as: FR3116646A1; US11854722B2; FR3116646B1; US20220165454A1

Abstract

L'invention concerne un câble de puissance pour le transport d'énergie électrique, le câble comprenant :- au moins deux conducteurs électriques (12, 14) s'étendant principalement selon un axe de transport de l'énergie (16), un premier des conducteurs appelé conducteur externe (12) entourant un second des conducteurs appelé conducteur interne (14) le long de l'axe (16),- au moins un insert (18) disposé entre le conducteur interne (14) et le conducteur externe (12), l'insert (18) s'étendant sur une partie seulement du câble (10) le long de l'axe (16), l'insert (18) introduisant une première impédance entre le conducteur interne (14) et le conducteur externe (12) de valeur différente d'une seconde impédance entre le conducteur interne (14) et le conducteur externe (12) hors de la partie du câble (10) où s'étend l'insert (18).

Description

L'invention concerne un câble de puissance pour le transport d'énergie électrique. L'invention trouve une utilité particulière mais non exclusive dans le domaine aéronautique.
Un avion comprend généralement un grand nombre de machines électriques ou charges électriques alimentées en puissance électrique par un réseau de bord de fourniture électrique. Par exemple, les commandes de vols, les systèmes de climatisation et d'éclairage interne mettent en œuvre des machines électriques alternatives triphasées. D'autres machines électriques peuvent fonctionner en courant continu. Les puissances électriques fournies à ces machines sont apportées au moyen de dispositifs de conversion de puissance reliés au réseau de bord, lui-même alimenté par des générateurs électriques et des batteries de stockage disposés à bord de l'aéronef, ou encore par des moyens de liaison à un réseau d'alimentation électrique au sol, permettant l'alimentation électrique de l'aéronef stationné sur une piste.
Pour des besoins élevés en puissance, il est intéressant pour réduire le coût, la masse et le volume des dispositifs de conversion de puissance, par exemple en associant plusieurs convertisseurs en parallèle pour alimenter une machine électrique. Le dispositif de conversion comprend alors plusieurs convertisseurs alimentés par le réseau électrique et pilotés par un organe de commande commun. Les courants alternatifs ou continus issus de chacun des convertisseurs sont assemblés, ou couplés, au moyen d'une ou plusieurs inductances. Le dispositif de conversion comprend aussi généralement des moyens de filtrage en entrée des convertisseurs, coté réseau de bord, en mode différentiel et en mode commun, et des moyens de filtrage en sortie des convertisseurs après couplage.
Les moyens de filtrage sont généralement intégrés aux convertisseurs où disposés à proximité immédiate des convertisseurs. Les moyens de filtrage sont principalement constitués d'éléments inductifs formés de conducteurs électriques enroulés autour de noyaux magnétiques. Les conducteurs électriques enroulés doivent supporter l'intensité du courant les traversant ce qui impose des sections et des masses de conducteurs importantes. Les noyaux magnétiques autour desquels sont enroulés les conducteurs sont également volumineux et lourds. Les moyens de filtrage peuvent également comporter d'autres composants passifs tels que des condensateurs. De façon générale, les moyens de filtrage tendent à augmenter de façon importante la masse embarquée et occupent des volumes importants à bord des avions. Ce problème est également important, même en l'absence de convertisseur, afin de limiter les effets de perturbation des réseaux de transport d'énergie. Les perturbations peuvent être dues aux équipements reliés au réseau, générateurs ou charges, ou à des phénomènes extérieurs pouvant se coupler aux réseaux.
L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant de réduire le filtrage nécessaire au niveau d'équipement électriques et notamment des convertisseurs en intégrant un moyen de filtrage au câbles de puissance véhiculant une alimentation électrique.
A cet effet, l'invention a pour objet un câble de puissance pour le transport d'énergie électrique, comprenant :

au moins deux conducteurs électriques s'étendant principalement selon un axe de transport de l'énergie, un premier des conducteurs appelé conducteur externe entourant un second des conducteurs appelé conducteur interne le long de l'axe,
au moins un insert comprenant un matériau ferromagnétique, l'insert étant disposé entre le conducteur interne et le conducteur externe, sans que le matériau ferromagnétique ne réalise de boucle fermée autour conducteur interne selon l'axe, l'insert s'étendant sur une partie seulement du câble le long de l'axe, l'insert introduisant une première impédance entre le conducteur interne et le conducteur externe de valeur différente d'une seconde impédance entre le conducteur interne et le conducteur externe hors de la partie du câble où s'étend l'insert.

Avantageusement, le matériau ferromagnétique possède une perméabilité magnétique relative supérieure à 30 000.
Avantageusement, l'insert en matériau ferromagnétique possède une surface enveloppe convexe n'entourant pas le conducteur interne.
Avantageusement, l'insert présente une forme en portion de cylindre s'étendant selon parallèlement à l'axe.
Avantageusement, le câble de puissance comprend plusieurs inserts en matériau ferromagnétique possédant une surface enveloppe convexe n'entourant pas le conducteur interne et noyés dans un matériau diélectrique s'étendant sur une partie seulement du câble le long de l'axe.
Avantageusement, l'insert a la forme d'une bague à l'intérieur de laquelle s'étend le conducteur interne, la bague étant fendue pour ne pas réaliser de boucle fermée autour conducteur interne.
La forme en bague fendue est avantageusement ajustée à la fois à l'intérieur du conducteur externe et autour du conducteur interne.
En complément du matériau ferromagnétique, l'insert peut aussi comprendre un matériau métallique isolé d'au moins un des conducteurs ou encore un matériau diélectrique dont la permittivité est différente de la permittivité existante hors de la zone où l'insert est situé.
Le câble de puissance peut comprendre plusieurs conducteurs internes entourés par le conducteur externe. Dans ce cas, le câble de puissance comprend avantageusement une âme s'étendant selon l'axe, l'âme étant configurée pour maintenir les conducteurs internes écartés les uns des autres et en appui contre l'insert, l'âme introduisant une impédance entre les conducteurs internes de valeur différente de l'impédance entre les conducteurs internes hors de la partie du câble où s'étend l'âme. Avantageusement, l'âme forme l'insert en matériau ferromagnétique.
Avantageusement, le câble de puissance comprenant une bague extérieure réalisée en matériau ferromagnétique, la bague extérieure étant disposée dans une section du câble perpendiculaire à l'axe de transport de l'énergie où l'insert est disposé, l'insert étant réalisé en matériau ferromagnétique de perméabilité magnétique relative plus faible que la perméabilité magnétique relative de la bague extérieure.
Le câble de puissance peut comprendre plusieurs conducteurs internes entourés par le conducteur externe, l'insert pouvant être disposé entre un des conducteurs internes, et le conducteur externe sans être disposé entre les autres des conducteurs internes et le conducteur externe.
L'insert peut comprendre des irrégularités radiales et/ou axiales selon l'axe de transport de l'énergie.
L'insert peut être formé de l'assemblage de différentes parties formées chacune dans des matériaux différents.
Le câble de puissance peut comprendre un raccordement d'extrémité permettant de raccorder, à une extrémité du câble les deux conducteurs électriques et au moins un raccordement courant permettant de raccorder le long du câble les deux conducteurs électriques, l'insert étant avantageusement disposé entre le raccordement d'extrémité et le raccordement courant et/ou disposé entre différentes sorties du raccordement.
Le câble de puissance peut comprendre plusieurs raccordements courants permettant de raccorder le long du câble les deux conducteurs électriques, l'un insert étant disposé entre au moins deux des raccordements courants (64).
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :

la figure 1 représente un câble adapté au transport d'un courant continu ou monophasé ;
la figure 2 représente un câble adapté au transport d'un courant triphasé ;
les figures 3, 4, 5, 6, 7 et 8 représentent des exemples d'inserts introduits dans les câbles représentés sur les figures 1 et 2 ;
les figures 9 et 10 représentent différents exemples de forme d'inserts possibles introduits dans les câbles représentés sur les figures 1 et 2 ;
la figure 11 représente un câble et deux raccordements du câble.

Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
La figure 1 représente un câble coaxial de puissance 10 comprenant deux conducteurs électriques 12 et 14. Le câble 10 est adapté au transport d'énergie sous forme continue ou sous forme alternative monophasée. Les deux conducteurs électriques 12 et 14 s'étendant principalement selon un axe 16 de transport de l'énergie. Autrement dit, l'axe 16 est l'axe du câble. Sur la figure 1, l'axe 16 est rectiligne. L'axe 16 peut également être courbe. Les deux conducteurs électriques 12 et 14 peuvent être rigides ou souples permettant la courbure de l'axe 16. Le conducteur 12 entoure le conducteur 14 le long de l'axe 16, d'où l'appellation générique de câble coaxial. Sur la figure 1, le conducteur 14 est un conducteur plein s'étendant selon l'axe 16 et le conducteur 12 a la forme d'un tube à section circulaire centré sur l'axe 16. Dans le cadre de l'invention, d'autres formes de conducteurs sont possibles. Les deux conducteurs 12 et 14 ne sont pas obligatoirement coaxiaux. L'invention peut être mise en œuvre dès qu'un conducteur entoure un autre conducteur. Par la suite, le conducteur 12 sera appelé conducteur externe et le conducteur 14 : conducteur interne.
La figure 2 représente un autre câble coaxial de puissance 20 comprenant plusieurs conducteurs internes, trois conducteurs 22, 24 et 26 dans l'exemple représenté. Les trois conducteurs 22, 24 et 26 s'étendent selon l'axe 16 et parallèlement à celui-ci. Les trois conducteurs 22, 24 et 26 sont entourés par le conducteur 12 semblable à celui de la figure 1. Le câble 20 est bien adapté au transport d'un courant triphasé. Chaque phase est véhiculée par l'un des conducteurs 22, 24 et 26. Le conducteur 12 pouvant véhiculer un neutre du système électrique. L'invention peut être mise en œuvre quel que soit le nombre de phases. On prévoit un conducteur interne par phase. Tous les conducteurs internes sont entourés par le conducteur externe 12.
Les câbles 10 et 20 trouvent une utilité particulière à bord un aéronef pour véhiculer de l'énergie électrique entre une source et une charge. Ce câble peut être mis en œuvre dans tout autre type de véhicule mettant en œuvre un réseau électrique et de de façon encore plus générale dès qu'un filtrage électrique est nécessaire, même dans un équipement fixe.
Selon l'invention, les câbles 10 et 20 comprennent chacun un ou plusieurs inserts disposés entre le conducteur interne et le conducteur externe. Sur la figure 1, le câble 10 comprend un insert 18 et sur la figure 2, le câble 20 comprend un insert 28. Les inserts 18 et 28 s'étendent sur une partie seulement du câble considéré, 10 ou 20, le long de l'axe 16. Les inserts 18 et 28 modifient l'impédance présente entre le ou les conducteurs internes et le conducteur externe en l'absence d'insert. Autrement dit, localement, la valeur d'impédance entre le ou les conducteurs internes et le conducteur externe est différente le long de l'axe 16, au niveau de l'insert et en dehors de la zone où l'insert est situé. L'adaptation d'impédance due à l'insert permet d'améliorer le filtrage de perturbations susceptibles de se propager par le câble. Le choix de la position d'un insert permet de réaliser un filtrage ayant la meilleure disposition physique possible à l'intérieur du câble pour limiter les effets des perturbations. Il peut être avantageux de disposer l'insert au plus près d'un point d'entrée d'une perturbation dans le câble. Il peut aussi être avantageux de disposer d'une impédance spécifique plus éloignée du point d'entrée afin de mettre à profit un couplage entre l'impédance spécifique de l'insert et l'impédance du câble lui-même sans insert. Dans un câble coaxial, l'invention permet de disposer l'insert à l'emplacement voulu le long de l'axe 16 sans modifier la géométrie extérieure du câble. Autrement dit, l'insert est complètement intégré au câble. Aucun volume spécifique n'est à prévoir pour y placer un quelconque filtre.
L'insert comprend un matériau ferromagnétique. Ce type de matériau permet de générer une partie inductive dans l'impédance spécifique de l'insert. Pour éviter que le courant circulant dans le ou les conducteurs internes ne génère un flux magnétique tournant dans l'insert autour du ou des conducteurs internes, l'insert est configuré pour ne pas réaliser de boucle autour du ou des conducteurs internes. L'absence de boucle autour du ou des conducteurs internes permet d'éviter que le matériau ferromagnétique de l'insert ne sature lors de passage de courants importants dans le ou les conducteurs internes.
Différents types de forme peuvent être mis en œuvre pour éviter la formation de boucle autour du ou des conducteurs internes. A titre d'exemple, sur la figure 1, l'insert 18 présente une forme en portion de cylindre selon l'axe 16 percée selon l'axe 16 pour le passage du conducteur central 14 et comprenant une fente radiale 18a s'étendant depuis le conducteur interne 14 jusqu'au conducteur externe 12. De même, sur la figure 2, l'insert 28 présente également une forme en portion de cylindre selon l'axe 16, percée pour le passage de chacun des conducteurs internes 22, 24 et 26, et comprenant, associé à chacun des conducteurs internes 22, 24 et 26, une fente radiale respectivement, 28a, 28b et 28c, s'étendant depuis le conducteur interne respectif jusqu'au conducteur externe.
Pour le matériau ferromagnétique, il est possible de choisir sa perméabilité en fonction du filtrage que l'on souhaite réaliser. Avantageusement, on choisit un matériau à forte perméabilité relative ce qui permet d'obtenir une forte valeur de la partie inductive de dans l'impédance spécifique de l'insert. La perméabilité relative maximum, habituellement notée µ_r, relie dans un domaine linéaire le champ magnétique B et le champ d'excitation magnétique H induit par le courant de déplacement. On considère généralement que les matériaux à forte perméabilité relative possèdent une valeur µ_r supérieure à 30 000. On peut réaliser la mesure de la perméabilité magnétique relative maximum pour une excitation magnétique de 100 mA/cm à une fréquence de 10k Hz. De nombreux fabricants de matériaux magnétiques affichent dans leur catalogue la valeur de perméabilité relative maximum avec une tolérance de +/- 15%. Ce type de mesure avec sa tolérance peut être pris en compte dans le cadre de l'invention.
Sur les figures 1 et 2, chacun des câbles 10 et 20 ne comprend qu'un seul insert. Dans le cadre de l'invention, chacun des câbles 10 et 20 peut comprendre plusieurs inserts et plus précisément autant que nécessaire pour réaliser un filtre adéquat.
Les inserts 18 et 28 sont réalisés dans des matériaux ayant des propriétés électromagnétiques différentes du matériau situé entre le ou les conducteurs internes et le conducteur externe en l'absence d'insert. Hors de la zone où l'insert est situé, les conducteurs internes et externes peuvent simplement être séparés par de l'air tout en assurant l'isolement nécessaire. De plus l'air possède une permittivité diélectrique proche de celle du vide. La permittivité assure la présence d'une capacité répartie le long du câble entre le ou les conducteurs internes et le conducteur externe. L'air est très simple à mettre en œuvre et permet de disposer un insert à un emplacement souhaité le long de l'axe 16. La présence d'air permet de déplacer facilement l'insert en cas de besoin. Alternativement, hors de la zone où l'insert est situé, il est possible de disposer d'autres matériaux, solide voir fluide entre le ou les conducteurs internes et le conducteur externe, notamment en choisissant le matériau pour adapter sa perméabilité relative.
En complément du matériau ferromagnétique, l'insert peut comprendre un matériau conducteur de l'électricité en assurant un isolement électrique par rapport à au moins un des conducteurs. Un matériau conducteur permet de réduire la distance séparant le conducteur externe du ou des conducteurs internes, ce qui permet d'augmenter la valeur de la capacité séparant le ou les conducteurs internes du conducteur externe.
Toujours en complément du matériau ferromagnétique, l'insert peut comprendre un matériau diélectrique dont la permittivité peut être choisie pour modifier la capacité présente hors de la zone où l'insert est situé. Par exemple, le verre possède une permittivité de l'ordre de 5 à 7, ce qui permet d'augmenter localement la capacité présente entre le ou les conducteurs internes et le conducteur externe.
Il est également possible d'agir sur une différence de perméabilité magnétique entre le matériau de l'insert et celui séparant les conducteurs hors de la zone où l'insert est situé. A cet effet, l'insert peut comprendre en complément du matériau ferromagnétique un matériau diamagnétique ou paramagnétique. En augmentant la perméabilité magnétique, l'insert peut augmenter la valeur d'inductance entre le ou les conducteurs internes et le conducteur externe.
Les figures 3, 4, 5 et 6 représentent en coupe dans un plan perpendiculaire à l'axe 16 différents exemples de forme d'insert. Dans les différentes formes proposées, le matériau de l'insert peut être choisi en fonction de la valeur d'impédance que l'on souhaite apporter au moyen de l'insert. Il est possible de réaliser un insert ne comprenant qu'un seul matériau. Alternativement, il est possible de réaliser un insert composite mêlant différents matériaux afin d'ajuster au mieux l'impédance locale apportée par l'insert.
La figure 3 représente l'insert 18 sous forme d'une bague ajustée à la fois à l'intérieur du conducteur externe 12 et autour du conducteur interne 14. Les deux ajustements permettent de maintenir mécaniquement la position du conducteur interne 14 par rapport au conducteur externe 12. Sur la figure 4, les conducteurs 12 et 14 sont coaxiaux. Il est également possible de décaler le conducteur 14 par rapport à l'axe 16. On retrouve la fente 18a permettant à l'insert 18 de ne pas former de boucle autour du conducteur interne 14. La fente 18a peut avoir une largeur suffisante pour la mise en place du conducteur interne 14. L'insert 18 peut être réalisé complètement en matériau ferromagnétique dans lequel la fente 18a est réalisée. La fente 18a peut être une simple ouverture dans laquelle de l'air est présent. Il est également possible de remplir l'ouverture d'un matériau solide non ferromagnétique, par exemple diélectrique afin d'assurer la tenue mécanique de l'insert 18. La largeur de la fente 18a est définie de façon à former un entrefer suffisant limitant le flux magnétique tournant autour du conducteur central 14.
La figure 4 représente un insert 29 sous forme d'une bague en portion de cylindre selon l'axe 16 et ajustée à la fois à l'intérieur du conducteur externe 12 et autour des conducteurs internes 22, 24 et 26. L'insert 29 peut être réalisé en matériau ferromagnétique et comprend alors une fente radiale 29a s'étendant depuis les conducteurs internes 22, 24 et 26 jusqu'au conducteur externe 12. Pour maintenir les conducteurs internes 22, 24 et 26 en appui contre l'insert 29 le câble 20 peut comprendre une âme centrale 30 permettant de maintenir les conducteurs internes 22, 24 et 26 écartés les uns des autres. L'âme centrale 30 peut comprendre des gorges 32 dans chacune desquelles un conducteur interne prend place. Les gorges 32 permettent de positionner les conducteurs internes 22, 24 et 26 entre eux. L'âme centrale 30 peut être réalisée dans un matériau présentant des propriétés électromagnétiques différentes de celle de l'air et notamment être réalisée en matériau ferromagnétique. Autrement dit, l'âme centrale 30 introduit une impédance entre les conducteurs internes 22, 24 et 26 de valeur différente de l'impédance entre les conducteurs internes 22, 24 et 26 hors de la partie où s'étend l'âme centrale 30. Lorsque l'âme centrale 30 est réalisée en matériau ferromagnétique, elle forme un insert au sens de l'invention. En effet, pour chacun des conducteurs internes 22, 24 et 26, l'âme centrale 30 est disposée entre le conducteur interne considéré et le conducteur externe 12. De plus, l'âme centrale 30 ne réalise de boucle fermée autour du conducteur interne considéré, selon l'axe 16. Le matériau de l'insert 29 et celui de l'âme 30 peuvent être identiques ou différents. Le choix des matériaux est réalisé en fonction des impédances que l'on souhaite obtenir, d'une part entre les conducteurs internes 22, 24 et 26 et le conducteur externe 12 et d'autre part entre les conducteurs internes 22, 24 et 26 eux-mêmes.
Alternativement, à la variante représentée sur la figure 4, il est possible de se passer de l'âme 30 en fixant les conducteurs internes 22, 24 et 26 à l'insert 28 par exemple par collage.
La figure 5 représente l'insert 28 mis en œuvre dans un câble 20 à plusieurs conducteurs internes 22, 24 et 26. Comme évoqué à l'aide de la figure 2, L'insert 28 comprend autant de fentes radiales 28a, 28b, 28c par rapport à l'axe 16 que de conducteurs internes respectivement 22, 24 et 26. Les fentes 28a, 28b, 28c sont ajustées pur y insérer les conducteurs internes 22, 24 et 26. Comme précédemment pour l'insert 18, les fentes 28a, 28b, 28c peuvent être conservées sans matière, c'est-à-dire remplies d'air ou comblées par un matériau solide non ferromagnétique.
La variante de la figure 5 parait en première approche plus simple à réaliser que la variante de la figure 4. En effet, la fonction mécanique remplie par l'âme centrale 30 de la figure 4 est directement remplie par l'insert 28 de la figure 5. Cependant, pour réaliser certains inserts, il peut être utile de mettre en œuvre un procédé de fabrication par enroulement. Ceci est notamment le cas pour des anneaux généralement utilisés comme circuits magnétiques à base de matériaux ferromagnétiques nanocristallins. Ces matériaux possèdent l'avantage d'une perméabilité relative µ_r très élevée qui peut dépasser 10⁵. Ces anneaux sont souvent appelés par les fabricants, circuits magnétiques toriques du fait de l'absence d'entrefer. Les matériaux nanocristallins sont difficilement usinables. Il est donc quasiment impossible de réaliser les fentes des inserts 18, 28 et 29 avec de tels matériaux, d'où l'utilité d'une forme telle celle de l'âme 30.
Les inserts 18, 28 et 29 représentés sur les figures 3, 4 et 5 possèdent des formes extérieures épousant la surface intérieure du conducteur externe 12. Cela permet de maximiser la quantité de matériau de l'insert entre le ou les conducteurs internes et le conducteur externe et ainsi maximiser la différence de valeur d'impédance entre l'insert et la zone du câble où l'insert est absent pour un matériau donné mis en œuvre pour l'insert. Alternativement, il peut être utile de ne pas épouser la surface intérieure du conducteur externe 12 afin de générer des irrégularités dans l'impédance crée par l'insert. De telles irrégularités permettent pour un insert en matériau ferromagnétique, d'introduire des pertes permettant de limiter d'éventuelles résonnances dues à une impédance trop parfaite. Un exemple d'une telle réalisation est représenté sur la figure 6 où le conducteur externe 12 possède une forme une forme tubulaire à section circulaire autour de l'axe 16. L'insert 40 possède une section sensiblement carrée s'inscrivant dans le conducteur externe 12. Comme précédemment, l'insert 40 possède une fente 40a permettant d'éviter la formation d'une boucle autour du conducteur interne 14. Les sommets de la section carrée sont en contact avec la surface intérieure du conducteur externe 12 et les arrêtes de la section carrée sont éloignées de surface intérieure du conducteur externe 12, notamment en leur milieu. L'air présent entre les arrêtes et le conducteur externe 12 tend à réduire localement l'impédance obtenue par l'insert 40 localement au niveau des sommets. Les variations d'impédance locale selon des directions radiales autour de l'axe 16 permettent de réduire d'éventuelles résonnances dues à une impédance trop pure. De plus les pertes générées par la création d'entrefers au niveau des arrêtes tendent à favoriser un certain échauffement permettant de dissiper l'énergie de perturbations que l'on souhaite filtrer au moyen de l'insert. Il est possible de remplir l'espace existant entre les arrêtes et la surface intérieure du conducteur interne par un autre matériau.
Les irrégularités de forme radiales entre l'insert et le conducteur externe peuvent être utiles pour tout autre type de matériau mis en œuvre pour l'insert. Comme on l'a vu plus haut, il est possible d'augmenter la capacité de l'impédance existante entre un conducteur interne et le conducteur externe au moyen d'un insert en matériau conducteur ou en matériau diélectrique possédant une permittivité différente de celle de la zone du câble sans insert. Les irrégularités radiales dans la forme de l'insert permettent de réaliser des variations locales de capacité limitant d'éventuelles résonnances.
Le conducteur interne 14 peut être en contact avec les surfaces intérieures de l'insert 40. Alternativement, comme représenté sur la figure 6, une entretoise 41 peut assurer le positionnement du conducteur interne 14 par rapport à l'insert 40. Il est bien sûr possible de profiter de la mise en place de l'entretoise 41 pour réaliser une adaptation d'impédance en choisissant les propriétés électromagnétiques du matériau de l'entretoise.
La figure 7 représente une variante mettant en œuvre plusieurs inserts 42 en matériau ferromagnétique disposés autour du conducteur interne 14. Dans l'exemple représenté, les inserts 42 présentent chacun une forme en portion de cylindre à section circulaire s'étendant selon des axes parallèles à l'axe 16 et distants de celui-ci. Les inserts 42 sont maintenus en position entre le conducteur interne 14 et le conducteur externe 12 au moyen d'une entretoise 43 ajustée dans le conducteur externe 12 et percée pour recevoir le conducteur interne 14 et les inserts 42. Le conducteur interne 14 et les inserts 42 sont disposés chacun dans des perçages distincts. Dans l'exemple représenté, l'entretoise 43 réalise une boucle fermée autour du conducteur interne 14 et elle est réalisée dans un matériau non ferromagnétique qui peut cependant participer au filtrage par exemple en possédant une constante diélectrique différente de celle du matériau séparant les conducteurs 14 et 16 hors de la zone où elle s'étend. La réalisation d'inserts 42 à section circulaire est facile à réaliser et comme indiqué plus haut, il est aisé de les réaliser en matériau nanocristallin. Alternativement, d'autres formes d'inserts 42 sont possibles et notamment d'autre forme de section cylindrique, voire même non cylindrique. Il est par exemple possible de noyer des perles de matériau ferromagnétique dans une entretoise 43, par exemple réalisée en résine en matériau diélectrique. Pour s'assurer que les matériaux ferromagnétiques de chaque perle ne se touchent pas en risquant de favoriser des lignes de champ magnétiques entourant, même partiellement, le conducteur interne, il est possible d'enrober chaque perle d'une couche continue de matériau diélectrique. Les perles enrobées sont ensuite noyées dans une résine diélectrique. Plus généralement, l'insert en matériau ferromagnétique peut posséder une surface enveloppe convexe n'entourant pas le conducteur interne 14. De plus, l'invention peut être mise en œuvre quel que soit le nombre d'inserts 42. Le ou les inserts 42 peuvent également être mis en œuvre dans un câble de puissance possédant plusieurs conducteurs internes. Ce type de réalisation permet d'augmenter localement l'inductance entre le ou les conducteurs internes 14 ou 22, 24, 26 et le conducteur externe 12 au moyen des inserts en matériau ferromagnétique et la capacité entre le ou les conducteurs internes 14 ou 22, 24, 26 et le conducteur externe 12 au moyen du matériau diélectrique.
En complément, il est possible d'ajouter une bague extérieure 44 permettant de modifier localement l'impédance du câble 10. Il est par exemple possible de réaliser la bague extérieure 44 en matériau ferromagnétique pouvant filtrer certains courants de mode commun de haute fréquence pouvant notamment se propager sur la surface extérieure du conducteur externe 12. Il est intéressant de combiner dans une même section du câble 10, section perpendiculaire à l'axe 16 un insert, quelle que soit sa forme comme décrite précédemment et une bague extérieure 44. En effet, n'est soumise qu'au courant différentiel entre les deux conducteurs 12 et 14. La bague extérieure 44 est donc moins soumise au risque de saturation et peut être réalisée dans un matériau ferromagnétique à forte perméabilité magnétique relative. La mise en place d'une bague extérieure 44 peut être envisagée quel que soit le nombre de conducteurs internes.
La figure 8 représente encore une autre variante de câble comprenant plusieurs câbles internes. Dans l'exemple représenté, les trois conducteurs internes 22, 24 et 26 sont repris. Il est possible d'adapter cette variante quel que soit le nombre de conducteurs internes. Un insert 45 est disposé entre un des conducteurs internes, le conducteur 22 dans l'exemple représenté, et le conducteur externe 12, sans être disposé entre les autres conducteurs internes 24, 26 et le conducteur externe 12. D'autres inserts 45 peuvent être disposés autour de chacun des conducteurs internes 24 et 26 dans d'autres sections du câble que celle représentée sur la figure 8.
La figure 6 représente des irrégularités radiales entre l'un des conducteurs, interne et/ou externe et l'insert 40. La figure 9 représente une autre variante de forme d'insert 46 où des irrégularités de forme axiales sont présentes. Dans l'exemple représenté, l'insert 46 est percé axialement selon l'axe 16 pour recevoir de façon ajustée le conducteur interne 14. L'insert 46 comprend une première partie 46a dont la surface extérieure est ajustée dans le conducteur externe 12. L'insert 46 comprend deux autres parties 46b et 46c formant des épaulements par rapport à la partie 46a. Ainsi de l'air, ou un autre matériau, est présent entre les parties 46b et 46c et le conducteur externe 12. Ces irrégularités axiales de forme permettent de moduler axialement l'impédance générée par l'insert 46. Toute autre forme irrégulière est bien entendu possible. Il est également possible de réaliser un insert possédant des irrégularités de forme aussi bien axiales que radiales. Comme pour l'insert 40 représenté sur la figure 6, pour l'insert 46, il est possible de choisir le type de matériau ferromagnétique qui le constitue pour adapter l'impédance au besoin. Pour éviter de former une boucle autour du conducteur interne 14, l'insert 46 comprend une fente radiale comme illustrée précédemment, Il est également possible de prévoir des irrégularités axiales pour d'autres formes d'insert, et notamment pour les inserts 42 représentés sur la figure 7.
La figure 10 représente un insert 50 formé de l'assemblage de différentes parties formées chacune dans des matériaux qui peuvent être différents et dont l'un au moins comprend un matériau ferromagnétique ne formant pas de boucle autour du conducteur interne 14. Dans l'exemple représenté, l'insert 50 comprend trois composants 50a, 50b et 50c. Ce type d'assemblage présente un intérêt lorsque la réalisation d'un insert sur mesure, aussi bien au niveau de ses dimensions qu'au niveau de ses caractéristiques électromagnétiques serait industriellement difficile à réaliser. Il est possible de s'approcher au mieux des caractéristiques souhaitées en assemblant différents composants de nature différentes. L'insert 50 peut posséder une forme régulière comme représenté sur la figure 10. Il peut également comprendre des irrégularités de forme aussi bien axiales que radiales.
Les figures 9 et 10 sont représentées en rapport avec un câble ne comprenant qu'un seul conducteur interne 14. Il est également possible de mettre en œuvre ces variantes pour des câbles comprenant plusieurs conducteurs internes.
La figure 11 représente un câble 60 et deux raccordements 62 et 64 du câble 60. Le câble 60 comprend un conducteur interne 14 et un conducteur externe 12 s'étendant tous deux selon l'axe 16. Le premier raccordement 62, appelé raccordement d'extrémité est adapté pour raccorder les deux conducteurs 12 et 14 à l'une des extrémités du câble 60. Il est possible de mettre en œuvre un raccordement d'extrémité à chacune des deux extrémités du câble 60. Le second raccordement 64, appelé raccordement courant, est adapté pour raccorder les deux conducteurs 12 et 14 entre les extrémités du câble 60. Le raccordement d'extrémité 62 permet par exemple de raccorder un générateur au câble 60. Le raccordement courant 64 permet par exemple de raccorder un convertisseur prélevant de l'énergie sur le câble. Il est possible de réaliser plusieurs raccordements courants 64 le long du câble 60 notamment pour y raccorder plusieurs convertisseurs (ou charges) prélevant de l'énergie en parallèle sur le câble 60. Inversement, il est possible de raccorder au câble 60 plusieurs générateurs ou charges régénératrices au moyen de plusieurs raccordements courants 64. Le raccordement d'extrémité 62 peut également être utilisé pour raccorder une charge électrique.
Le câble 60 comprend, en l'une de ses extrémités, un bouchon 66 recouvrant partiellement le conducteur externe 12. Le conducteur interne 14 s'étend au-delà de l'extrémité du conducteur externe 12 et traverse le bouchon 66. Le raccordement d'extrémité 62 permet de connecter à chacun des conducteurs 12 et 14 un conducteur électrique, respectivement 72 et 74. Le conducteur 74 dispose en son extrémité d'une cosse 76 maintenue sur l'extrémité axiale du conducteur interne 14 au moyen d'une vis 78. Tout autre moyen de raccordement électrique du conducteur 74 au conducteur interne 14 est possible, par exemple, au moyen d'un collier ceinturant le conducteur interne 14 et assurant un contact radial au tour de l'extrémité du conducteur interne 14. De façon semblable, le conducteur 72 dispose en son extrémité d'une cosse 80 maintenue sur l'extrémité du conducteur externe 12 au moyen d'une vis 82. Comme précédemment, tout autre moyen de raccordement électrique du conducteur 72 au conducteur externe 12 est possible. De façon plus générale, il est possible de mettre en œuvre un connecteur adapté à la géométrie du câble 60 pour assurer le raccordement 62.
Le raccordement courant 64 permet de raccorder le conducteur externe 12 par exemple au moyen d'une vis 84 et le conducteur interne 14 par exemple au moyen d'une vis 86 traversant le conducteur externe 12. Les deux vis 84 et 86 s'étendent radialement par rapport à l'axe 16. Sur la figure 11, les deux vis 84 et 86 s'étendent perpendiculairement à l'axe 16. Par radial, on entend aussi toute direction permettant de s'écarter de l'axe 16. Lors de la traversée du conducteur externe 12, la vis 86 est isolée du conducteur externe 12 au moyen d'un manchon isolant 88. Tout autre moyen de raccordement aux deux conducteurs est bien entendu possible. Comme évoqué plus haut pour le raccordement 62, il est par exemple possible de prévoir un collier assurant le contact électrique avec chacun des conducteurs 12 et 14.
L'accès radial aux deux conducteurs 12 et 14 permet de mettre en œuvre autant de raccordements courants 64 que nécessaire. Les deux raccordements 62 et 64 sont décrits en rapport à un câble ne possédant qu'un seul conducteur interne 14. Il est possible de mettre en œuvre ces raccordements pour des câbles possédant autant de conducteurs internes que nécessaire.
Un insert 90 est disposé entre le raccordement d'extrémité 62 et le raccordement courant 64. L'insert 90 permet d'éviter la propagation de perturbations entre le raccordement d'extrémité 62 et le raccordement courant 64. Un deuxième insert 92 est disposé entre les deux vis 84 et 86 et plus généralement entre les sorties du raccordement courant 64, chacune des sorties étant connectée à l'un des conducteurs 12 ou 14. Il est également possible de disposer l'insert 92 entre les deux sorties du raccordement d'extrémité 62. La fonction de modificateur d'impédance assurée par l'insert 92 entre les deux sorties du raccordement d'extrémité 62 peut être remplie par le bouchon 66. Dans le cas d'un câble ayant plusieurs conducteurs internes, il est possible de disposer un insert 92 entre chacune des sorties connectées aux différents conducteurs. Un troisième insert 94 est disposé au-delà du raccordement 64. En pratique l'insert 94 représente un insert disposé entre deux raccordements courants 64. Les inserts 90, 92 et 94 ainsi que le bouchon 66 peuvent comprendre un matériau ferromagnétique sans que le matériau ferromagnétique ne réalise de boucle fermée autour conducteur interne 14. A cet effet, toute forme telle que décrite précédemment peut être mise en œuvre.

Claims

Câble de puissance pour le transport d'énergie électrique, comprenant :
- au moins deux conducteurs électriques (12, 14 ; 22, 24, 26) s'étendant principalement selon un axe de transport de l'énergie (16), un premier des conducteurs appelé conducteur externe (12) entourant un second des conducteurs appelé conducteur interne (14 ; 22, 24, 26) le long de l'axe (16),

- au moins un insert (18 ; 28 ; 29 ; 30 ; 40 ; 42 ; 45 ; 46 ; 50 ; 66, 90, 92, 94) comprenant un matériau ferromagnétique, l'insert étant disposé entre le conducteur interne (14 ; 22, 24, 26) et le conducteur externe (12) sans que le matériau ferromagnétique ne réalise de boucle fermée autour conducteur interne (14 ; 22, 24, 26) selon l'axe (16), l'insert (18 ; 28 ; 29 ; 30 ; 40 ; 42 ; 45 ; 46 ; 50 ; 66, 90, 92, 94) s'étendant sur une partie seulement du câble (10 ; 20 ; 60) le long de l'axe (16), l'insert (18 ; 28 ; 29 ; 30 ; 40 ; 42 ; 45 ; 46 ; 50 ; 66, 90, 92, 94) introduisant une première impédance entre le conducteur interne (14 ; 22, 24, 26) et le conducteur externe (12) de valeur différente d'une seconde impédance entre le conducteur interne (14 ; 22, 24, 26) et le conducteur externe (12) hors de la partie du câble (10 ; 20 ; 60) où s'étend l'insert (18 ; 28 ; 29 ; 30 ; 40 ; 42 ; 45 ; 46 ; 50 ; 66, 90, 92, 94).
Câble de puissance selon la revendication 1, dans lequel le matériau ferromagnétique possède une perméabilité magnétique relative supérieure à 30 000.
Câble de puissance selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'au moins un insert (42) en matériau ferromagnétique possède une surface enveloppe convexe n'entourant pas le conducteur interne (14 ; 22, 24, 26).
Câble de puissance selon la revendication 3, dans lequel l'insert (42) présente une forme en portion de cylindre s'étendant selon parallèlement à l'axe (16).
Câble de puissance selon l'une des revendications 3 ou 4, comprenant plusieurs inserts (42) en matériau ferromagnétique possédant une surface enveloppe convexe n'entourant pas le conducteur interne (14 ; 22, 24, 26) et noyés dans un matériau diélectrique s'étendant sur une partie seulement du câble (10 ; 20 ; 60) le long de l'axe (16).
Câble de puissance selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'insert (18 ; 28 ; 29 ; 40 ; 45 ; 46 ; 50 ; 66, 90, 92, 94) a la forme d'une bague à l'intérieur de laquelle s'étend le conducteur interne (14 ; 22, 24, 26), la bague étant fendue pour ne pas réaliser de boucle fermée autour conducteur interne (14 ; 22, 24, 26).
Câble de puissance selon la revendication 6, dans lequel la forme en bague fendue est ajustée à la fois à l'intérieur du conducteur externe (12) et autour du conducteur interne (14 ; 22, 24, 26).
Câble de puissance selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'insert (18 ; 28 ; 29 ; 30 ; 40 ; 42 ; 45 ; 46 ; 50 ; 66, 90, 92, 94) comprend un matériau métallique isolé d'au moins un des conducteurs (12, 14 ; 22, 24, 26).
Câble de puissance selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'insert (18 ; 28 ; 29 ; 30 ; 40 ; 42 ; 45 ; 46 ; 50 ; 66, 90, 92, 94) comprend un matériau diélectrique dont la permittivité est différente de la permittivité existante hors de la zone où l'insert (18 ; 28 ; 34 ; 40 ; 46 ; 50 ; 66, 90, 92, 94) est situé.
Câble de puissance selon l'une des revendications précédentes, comprenant plusieurs conducteurs internes (22, 24, 26) entourés par le conducteur externe (12) et une âme (30) s'étendant selon l'axe (16), l'âme (30) étant configurée pour maintenir les conducteurs internes (22, 24, 26) écartés les uns des autres et en appui contre l'insert (28), l'âme (30) introduisant une impédance entre les conducteurs internes (22, 24, 26) de valeur différente de l'impédance entre les conducteurs internes (22, 24, 26) hors de la partie du câble (10 ; 20 ; 60) où s'étend l'âme (30).
Câble de puissance selon la revendication 10, dans lequel dans lequel l'âme (30) forme l'insert en matériau ferromagnétique.
Câble de puissance selon l'une des revendications précédentes, comprenant une bague extérieure (44) réalisée en matériau ferromagnétique, la bague extérieure (44) étant disposée dans une section du câble perpendiculaire à l'axe de transport de l'énergie (16) où l'insert (18) est disposé, l'insert (18) étant réalisé en matériau ferromagnétique de perméabilité magnétique relative plus faible que la perméabilité magnétique relative de la bague extérieure (44).
Câble de puissance selon l'une des revendications précédentes, comprenant plusieurs conducteurs internes (22, 24, 26) entourés par le conducteur externe (12), l'insert (45) étant disposé entre un des conducteurs internes (22), et le conducteur externe (12) sans être disposé entre les autres des conducteurs internes (24, 26) et le conducteur externe (12).
Câble de puissance selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, l'insert (40 ; 46) comprend des irrégularités radiales et/ou axiales selon l'axe de transport de l'énergie (16).
Câble de puissance selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, l'insert (50) est formé de l'assemblage de différentes parties (50a, 50b, 50c) formées chacune dans des matériaux différents.
Câble de puissance selon l'une des revendications précédentes, comprenant un raccordement d'extrémité (62) permettant de raccorder, à une extrémité du câble (60) les deux conducteurs électriques (12, 14 ; 22, 24, 26) et au moins un raccordement courant (64) permettant de raccorder le long du câble (60) les deux conducteurs électriques (12, 14 ; 22, 24, 26), l'insert (90) étant disposé entre le raccordement d'extrémité (62) et le raccordement courant (64).
Câble de puissance selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un raccordement (62, 64) permettant de raccorder en extrémité ou le long du câble (60) les conducteurs électriques (12, 14 ; 22, 24, 26), l'insert (66 ; 92) étant disposé entre différentes sorties (78, 82 ; 84, 86) du raccordement (62, 64).
Câble de puissance selon l'une des revendications précédentes, comprenant plusieurs raccordements courants (64) permettant de raccorder le long du câble (60) les deux conducteurs électriques (12, 14 ; 22, 24, 26), l'insert (94) étant disposé entre au moins deux des raccordements courants (64).