Brevet FR2096415A1 — publié le 19720218

i 2096415 la présente invention concerne la transformation électromécanique d'énergie et, plus particulièrement, un appareil et des procédés magnétostritifs pour convertir l'énergie électrique en énergie mécanique et vice=>versa<> 5 II est bien connu que l'on peut utiliser les effets magnétostrictifs comprenant l'effet Joule (variation de longueur lorsqu'un barreau ferromagnétique est placé dans un champ magnétique longitudinal) et l'effet Villari (variation de l'état magnétique lorsqu'un barreau ferromagnétique aimanté est soumis à un effort 10 longitudinal) ainsi que d'autres effets magnétostritifs, pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique et vice-versa» les transducteurs magnétostrictifs se sont révélés particulièrement avantageux pour convertir lrénergie d'un courant électrique alternatif en énergie mécanique à caractère oscillatoire (ou vibratoire) 15 comprenant l'énergie acoustique» Par exemple5 les transducteurs magnétostrictifs comprenant une bobine enroulée sur une bague cylindrique se sont révélés avantageux pour engendrer les sons des sondeurs utilisés dans la marine ainsi que d'autres sons uti~ lisés sous l'eau et les transducteurs magnétostrictifs comprenant 20 de longs barreaux munis de bobines hélicoïdales enroulées circonfé-renelellement autour desdits barreaux se sont révélés avantageux pour entraîner les outils fonctionnant par vibrations, par exemple les perceuses ultrasoniques à vibrations, les dispositifs de soudage et les fers à souder aux ultrasons ainsi que les dispositifs 25 de nettoyage aux ultrasons» le matériau magnétostrictif constitue habituellement la majeure partie, ou tout au moins une partie très importante, du poids et du volîame d'un transducteur magnétostrictif et, de ce fait, lorsqu'une énergie magnétostrictive plus importante est nécessaire, il est fortement souhaitable d'augmenter la capaci-30 té en énergie sans accroître la quantité de aatériau magnétostrictive du transducteur. D'une façon générale, la valeur de l'énergie mécanique pouvant être obtenue à partir d'un transducteur magnétostrictif donnant des vibrations dépend largement de la fréquence des .vibrations et de l'amplitude totale des vibrations obtenues à partir 35 de la contrainte magnétostrictive, par exemple la variation de longueur divisée par la longueur initiale. la fréquence de vibration test souvent limitée dans la pratique par des facteurs mécaniques, par exemple l'inertie et la fréquence de résonance, ainsi que par,, des facteurs électriques, par exemple la réaetance inductive, et 40 dans oertains cas particuliers importants, tel que la création 71 22723 2 2096415 d'énergie acoustique, des exigences de fréquence sont imposées par les besoins relatifs à l'appareil récepteur ou aux effets des sons: sons audibles désagréables ou seuils de signalisation et de cavita- tion, etc.; en conséquence, des perfectionnements aui assurent une pu déxbrnjaijiQn 5 augmentation de l'amplitude de la contrainte /magnétostrictive ont une importance considérable, voire capitale, lorsque les augmentations de la puissance magnétostrictive ^onjt^ exigées. La mesure dans laquelle on peut augmenter l'ampli tude/déformation magnétostrictive par accroissement de l'énergie d'entrée électrique est limitée 10 étant donné que la magnétostriction atteint une saturation lorsque le flux augmente au-delà de certains niveaux plus ou moins déterminés qui dépendent de la matière constituant le noyau. La magnétostriction à saturation est une propriété qui est habituellement anisotrope lorsqu'on la mesure sur un cristal unique et, de ce fait, 15 a des valeurs différentes lorsqu'on la mesure dans des directions cristallographique s différentes. Avec des matériaux polycristallins, la magnétostriction apparente, utilisable, est généralement une moyenne des incréments de la contrainte ou déformation magnétostrictive survenant simultanément dans un certain nombre de cristaux 20 diversement orientés. C'est pourquoi les caractéristiques magnétostrictives, y compris la magnétostriction à saturation, des matériaux polycristallins sont isotropes (ou pratiquement isotropes) dans certains cas et anisotropes dans d'autres cas, suivant la structure cristalline du matériau qui, elle-même, dépend souvent du traitement 25 métallurgique antérieur du matériau. Cependant, que le matériau magnétostrictif soit isotrope ou anisotrope, et bien que certains avantages puissent avoir été obtenus du fait d'orientations cristallogra-phiques favorables, une magnétostriction à saturation impose des limitations restrictives aux capacités de transformation d'énergie 30 des transducteurs magnétostritifs. Habituellement, il existe peu, voire aucune^ difficulté à fournir autant, et même plus, d'énergie électrique que ce qu'un transducteur magnétostrictif donné peut transformer effectivement en énergie mécanique à son niveau de saturation et, de ce fait, lorsqu'un accroissement d'énergie magnéto-35 strictive est nécessaire, il est fortement souhaitable d'augmenter l'énergie"de sortie pouvant être obtenue à partir d'un volume ou d'un poids, donné du matériau formant le noyau, cela bien que l'accroissement de l'énergie mécanique de sortie exige un accroissement d'énergie électrique d'entrée. C'est pourquoi les problèmes princi-40 paux qui se posent pour obtenir une énergie mécanique accrue au 71 22723 3 2096415 moyen de transducteurs magnétostrictifs sont l'obtention de niveaux relativement élevés d'énergie mécanique par unité de matière magnétostrictive en présence de conditions de fonctionnement à saturation ainsi que l'obtention d'une amplitv.de totale relativement élevée 5 de la contrainte ou déformation magnétostrictive lorsque l'on fait varier la fréquence du flux dans le noyau jusqu'au niveau de la saturation magnétostrictive. Conformément à la présente invention, les première et seconde bobines électriquement conductrices sont placées chacune, 10 par rapport à un noyau de forme allongée contenant un matériau magnétostrictif sensiblement bilinéaire, de manière à êfre couplées électromagnétiquement au noyau lorsque le courant électrique les traverse j, les première et seconde bobines étant disposées de façon à produire respectivement un premier champ électromagnétique dont 15 le flux est dirigé sensiblement dans la direction longitudinale du noyau et un second champ électromagnétique dont le flux coupe le noyau dans une direction transversale à ladite direction du premier champ électromagnétique. De façon la plus avantageuse, et. habituellement j, les champs mutuellement transversaux appliqués au 20 noyau sont perpendiculaires et, de ce fait, leurs trajets de flux se coupent mutuellement de façon perpendiculaire à l'intérieur de -la matière magnétostrictive du noyau, Dans certains modes de réalisation spécialement avantageux^ l'appareil transducteur magnétostrictif conforme à la présente ±n-25 vention comprend tin dispositif pour transmettre un courant électrique, variant de façon cyclique, à travers les deux bobines et pour commander le courant électrique circulant dans les bobines, de manière que les courants de ces bobines varient en étant déphasés l'un par rapport à l'autre, grâce à quoi le flux électromagnétique 30 couplant l'une des bobines au noyau augmente tandis que le flux couplant l'autre bobine au noyau diminue est sensiblement constant, ou encore est nul. Dans le mode de réalisation le plus avantageux pour être utilisé à des niveaux d'énergie très élevés, le flux électromagnétique couplant la première bobine au noyau augmente 35 d'une valeur voisine de zéro jusqu'à yne valeur proche de la saturation, tandis que le flux couplant la seconde bobine au noyau diminue d'une valeur proche de la saturation jusqu'à une valeur proche de zéro, puis le flux associé à la.première bobine diminue jusqu'à une valeur de densité faible, voire nulle, tandis que le 40 flux en provenance de la seconde bobine augmente jusqu'à une valeur 71 22723 4 2096415 proche des niveaux de saturation On peut placer les bobines appliquant- les champs électromagnétiques conformément à la présente invention autour ou à l'intérieur du noyau, ou de toute autre manière, par exemple de façon que leurs axes se coupent 9 pourvu qué la bobine 5 puisse diriger le flux électromagnétique dans le matériau du noyau. L'énergie électrique destinée aux champs transversaux peut être obtenue, spécialement pour certains modes de réalisation avantageuxs par l'excitation électrique de deux bobines transversales au moyen d'un courant en provenance d'une source de courant al-10 ternatif, par exemple un oscillateur à tube/vide ou un alternateur rotatif, et en commandant la circulation du courant avec deux redresseurs disposés de façon à diriger le courant électrique, en provenance de la source de courant alternatif, unidirectionnelle-ment à travers l'une des bobines pendant une partie de la période 15 ou cycle, et à travers l'autre bobine pendant une autre partie de la période ou cycle du courant alternatif. Il est désirable que le noyau magnétostrictif ait une configuration qui assure un trajet continu, ayant une section droite uniforme, autour d'une ouverture centrale, par exemple la confi-20 guration d'un tore ou ses variantes, y compris un anneau creux et des cylindres annulaires creux ainsi que d'autres variantes recti-lignes ou symétriques de configurations toriques. On peut utiliser des configurations connues, telles que celles de cadres de tableaux, de fenêtres, de couronnes de pain et analogues. De plus, les élé-25 ments constituant le noyau peuvent, dans la présente invention, avoir des configurations de forme allongée, telles que celles d'un barreau ou d'un diapason. Pour des dispositifs dans lesquels une forme allongée du noyau, par exemple une tige rectiligne, est nécessaire, il est avantageux de prévoir deux tiges en parallèle 30 ainsi que des conducteurs formant pôles magnétiques au droit des extrémités des tiges, de façon à obtenir un trajet de flux continu» D'autres caractéristiques désirables de transducteurs magnétostrictifs sont la linéarité, le rendement et le couplage 35 électromécanique et,, pour obtenir une valeur optimale de l'une quelconque de ces caractéristiques, il peut être nécessaire de sacrifier la valeur des autres. Pour obtenir une bonne performance des transducteurs magnétostrictifs que l'on fait fonctionner à des niveaux élevés d'énergie de sortie par unité de volume de ma-40 tériau magnétostrictif, (densité d'énergie de sortie) il est ex- 71 22723 5 2096415 trêmemeixt souhaitable d'obtenir une bonne linéarité électromécanique (similitude de forme d'onde entre la tension d'excitation et la contrainte ou déformation magnétostrictive) et un rendement électromagnétique élevé de conversion d'énergie d'entrée électrique 5 en énergie de sortie mécanique? de plus, un bon couplage électromécanique est avantageux pour éviter une dégradation fâcheusement importante des performances électromécaniques dans les cas où les fréquences opératoires s'écartent inévitablement et malencontreusement des fréquences de résonance. D'autres caractéristiques sou-10 haitables des systèmes de transducteurs magnétostrictifs de forte puissance comprennents une compatibilité avec une large gamme de matériaux magnétostrictifs, englobant les métaux purs, les alliages et les ferrites, une bonne aptitude à une excitation à partir d'une source de courant alternatif monophasé, une impédance d'en-15 trée électrique de nature sensiblement résistive en présence de conditions de résonance mécanique, et également, une aptitude à un bon fonctionnement sans qu'il soit nécessaire d'appliquer une polarisation magnétique au noyau, en évitant ainsi le besoin d'une source de courant continu, ou de matériaux à rémanence élevée, 20 tels que les aimants permanents. La difficulté que l'on rencontre pour obtenir des densités d'énergie de sortie accrues sont étroitement liées et mutuellement dépendantes des besoins que pose l'obtention d'un rendement électromécanique élevé et d'une relation linéaire entre la puissance 25 d'entrée et la puissance de sortie. Par exemple, si, quand on essaie d'augmenter la puissance de sortie en accroissant la puissance d'entrée, on augmente un champ d'excitation à courant alternatif à un point tel que la valeur du flux du champ d'excitation dépasse le flux de polarisation du matériau magnétostrictif, une distor-30 sion de rectification entraîne l'apparition d'une composante impor«= tante d'énergie mécanique à des harmoniques élevés de la fréquence d'excitation électrique. Un matériau magnétostrictif bilinéaire est caractérisé par des variations de dimensions dans deux directions mutuellement 35 perpendiculaires, à la fois parallèles au champ appliqué et perpendiculaires à ce champ, lorsque ce matériau est le siège d'une magnétostriction dans un champ magnétique qui varie et, de plus, les variations de dimension perpendiculaires dans le matériau sont de signes opposés, en ce sens qu'une augmentation de longueur est 40 accompagnée dtune diminution de dimension transversale et qu'une 71 22723 6 2096415 diminution de longueur est accompagnée d'une augmentation de la dimension transversale, ce qui correspond, par exemple, aux caractéristiques de magnétostriction connues du nickel à des intensités de champ magnétique faibles atteignant environ 30 oersteds. Habituelle-5 mentP les matériaux magnétostrictifs utilisés ici sont caractérisés par des valeurs très importantes de magnétostriction Joule, par exemple une déformation magnétostrictive Joule à saturation atteignant au moins environ 10 parties par million et une magnétostriction en volume très faible sinon pratiquement nulle? si le matériau 10 présente une magnétostriction quelconque en volume pendant une variation magnétostrictive de longueur, le pourcentage de variation de volume est plus faible que le pourcentage de variation de longueur» C'est pourquoi on comprendra que, pendant une déformation magnétostrictive d'un matériau magnétostrictif bilinéaire dans un 15 champ magnétique, lorsque le matériau se contracte parallèlement à l'axe du champ magnétique, il se dilate simultanément dans une direction transversale perpendiculaire à l'axe du champ magnétique et, lorsque le matériau se dilate parallèlement à l'axe du champ, il ee contracte simultanément dans une direction transversale per— 20 pendiculaire à l'axe du champ. Pendant une magnétostriction, bilinéaire à volume constant dans une matière isotrope, l'effort magnétostrictif linéaire perpendiculaire à la direction d'aimantation est à peu près égal à la moitié de l'effort.magnétostrictif linéaire le long de l'axe d'aimantation. 25 Des matériaux possédant des caractéristiques magnétostric tives bilinéaires telles que la caractéristique de magnétostriction Joule d'un nickel recuit à structure polycristalline irrégulière conviennent généralement dans une utilisation comme matériau pour noyaux dans les transducteurs conformes à la présente invention. 30 D'autres matériaux magnétostrictifs bilinéaires appropriés ou avantageux pour constituer le noyau comprennent les alliages à structure polycristalline irrégulière, contenant nominalement 2,2fo de chrome, le restant étant du nickel, 4,5$ de cobalt, le restant étant du nickel, 45# de nickel et 55# de fer, 50# de cobalt et 50# de fer, 35 des alliages aluminium-fer connus sous la dénomination de "Alfenol", par exemple 12# d'aluminium, le restant étant du fer, des alliages contenant] 0,9# à 3,6# de chrome, jusqu'à 3,6# de cobalt, restant étant du nickel, comme décrit dans le brevet U.S. ïï° 3 146 380$ on peut aussi utiliser des céramiques magnétostrictives, y compris des 40 compositions de ferrite magnétostrictive bilinéaire, par exemple du 71 22723 7 2096415 type Me (I^O^), comme le "Ferroxcube" et comprenant des ferrites à "base de nickel, de zinc, de cobalt et/ou de cuivre, par exemple une composition de ferrite correspondant à la formule (NiQ go^nO ^q) 0 876^°0 024^0 10^e2®4 * ^ 5®^ utiliser des matériaux anisotropes 5 dans le noyau et, dans ce cas, les champs magnétiques appliqués peuvent être avantageusement alignés dans les directions de plus grande magnétostriction linéaire à saturation, caractérisant le matériau anisotrope» Bien que de nombreuses tentatives aient été faites pour 10 augmenter les quantités d'énergie qui pourraient être converties par des transducteurs magnétostrictifs sans exiger des quantités accrues de matériaux magnétostrictifs dans les transducteurs et, bien que l'on ait obtenu certains résultats satisfaisants, par exemple en utilisant des matériaux ayant des caractéristiques magnétostricti-15 ves spécialement souhaitables, et/ou en utilisant des dispositions électriques spéciales telles qu'une polarisation statique alignée avec l'axe d'excitation, le besoin d'obtenir des densités d'énergie de sortie plus élevées à partir de matériaux magnétostrictifs et d'éviter l'inconvénient d'un fonctionnement à des niveaux d*énergie 20 supérieurs aux limites de saturation des matériaux magnétostrictifs disponibles subsiste encore. Pour mieux faire comprendre la présente invention, on va décrire quelques exemples de transducteurs et de circuits destinés à faire fonctionner ces transducteurs en se référant au des-25 sin annexé, sur le quels la figure 1 est'une vue en plan d'un transducteur électromagnétique conforme à la présente invention; la figure 2 est une coupe du transducteur de la figure 1 faite par 2-2 de la figure 1; 30 la figure 3 représente un circuit, électrique approprié pour faire fonctionner un transducteur conforme à la présente invention; la figure 4 est une vue latérale d'un autre transducteur électromécanique conforme à la présente invention; 35 la figure 5 est une vue en plan du transducteur de la figure 4; la figure 6 est une coupe du transducteur des figures 4 et 5 faite par 6-6 de la figure 5î la figure 7 montre un autre circuit électrique compre-40 nant un transducteur et des sources d'énergie électrique destinées 71 22723 8 2096415 à alimenter ce transducteurs les figures8a, 8b, 8c, 8d sont des diagrammes représentant des densités de flux (B) c'est-à-dire l'induction, de champs électromagnétiques appliqués dans certains procédés conformes à 5 la présente invention. Si on se réfère maintenant au dessin, on voit que les figures 1, 2 et 3 représentent un mode de réalisation particulièrement avantageux d'appareil magnétostrictif conforme à la présente invention. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, le transduc-10 teur magnétostrictif comprend un noyau magnétostrictif 11 qui est un anneau creux et qui comprend une bague à profil en U 12 ainsi qu'une plaque-couvercle 13, ces deux éléments étant constitués par un métal magnétostrictif bilinéaire, par exemple tin nickel à haute pureté. Une bobine torique 14 est enroulée autour du noyau magnéto-15 strictif et ses extrémités 15 et 16 sont reliés aux bornes 17 et 18 respectivement. lia bague formant le noyau comporte une cavité annulaire continue 19 représentée en coupe sur la figure 2. Une bobine 20 est enroulée annulairement à l'intérieur de la cavité interne du noyau et ses extrémités 21 et 22 s'étendent, à partir 20 de la bobine, à travers deB passages rendus étanches 23 et 24 jusqu'à des bornes de bobines annulaires 25 et 26 respectivement. Dans cet exemple, la plaque-couvercle et la bague sont fixées de façon rigide l'une à l'autre, métal contre métal, par six vis 27 en laiton. Il est souhaitable d'éviter la présence d'une 25 matière quelconque non magnétique entre la bague et le couvercle et, de ce fait, d'éliminer ou de réduire à un minium tout entrefer entre cette bague et ce couvercle. Pour obtenir de bonnes caractéristiques magnétostrictives d© fonctionnement avec les modes de réalisation de l'invention comportant des bobines annulaires dispo-30 sées coaxialement à l'intérieur des bagues magnétostrictives, comme illustré sur les figures 1 et 2, il est extrêmement avantageux de disposer d'un trajet magnétique complètement continu (sans entrefers) autour de la bobine annulaire, par exemple comme illustré par les flèches autour de la bobine 20 sur la figure 2». dans la mesure où le 35 phénomène des courants de Foucault le permet. Toutefois, il peut être nécessaire d'utiliser dans beaucoup de cas des feuilletages électriquement isolants, spécialement pour un fonctionnement à des fréquences sonores élevées ou ultrasonores, lorsque l'on utilise, pour constituer le noyau, des matériaux à résistivité faible, tels 40 que des métaux et des alliages, cela pour éliminer les courants de 71 22723 9 2096415 Foucault. Si la bague et le noyau sont fixés l'un à l'autre par brasage ou au moyen d'un ciment, il est avantageux que la couche de matière de brasage ou le ciment soient minces ou aient de bonnes caractéristiques de perméabilité magnétique. 5 La figure 3 représente un circuit électrique avantageux pour alimenter le transducteur des figures 1 et 2 ainsi que d'autres transducteurs conformes à la présente invention, les positions des bobines sur la figure 3 étant purement illustratives. Le circuit 30 comprend une source de courant alternatif 31 reliée électriquement 10 à des redresseurs à une alternance 32 et 33, par exemple des diodes semi-conductrices au silicium, un conducteur commun 34 reliant la borne 31a de la source à des conducteurs 35 et 36 qui aboutissent aux redresseurs 32 et 33, respectivement. La source de courant alternatif et les redresseurs sont reliés, suivant une disposition en 15 parallèle et opposée, à deux bobines perpendiculaires associées à un noyau magnétostrictif d'un transducteur conforme à la présente invention. Si l'on regarde la figure 3 en fonction des figures 1 et 2, on voit qu'elle représente le redresseur 32 relié par le conducteur 37 à la borne 18 de la bobine 14 et le redresseur 33 relié par 20 le conducteur 38 à la borne 26 de la bobine 20, les bornes 17 et 25 des bobines 14 et 20 respectivement étant reliées par le conducteur 39 à la borne 31b de la source de courant alternatif 31. Des redresseurs 32 et 33 sont agencés de façon (a) à transmettre un courant redressé, à partir de la source de courant alternatif» alternative-25 ment à travers les bobines 14 et 20,(b) à produire deux champs de flux électromagnétiques variant de façon cyclique, à raison d'un champ autour de chaque bobine et (c) à faire varier de façon cyclique les densités de flux des deux champs, les intensités des champs augmentant et diminuant en étant déphasées de 180° l'une par rapport 30 à l'autre. Par exemple, si la source 31 (qui peut être un oscillateur à tube à vide) a une caractéristique de tension de sortie sinusoïdale, au cours de l'alternance pendant laquelle la tension instantanée ou potentiel à la borne 31a de la source est positive par rapport à la borne 31b de la source, un courant circule de la 35 borne 31a à travers le redresseur 32 et la bobine 14 et engendre un champ électromagnétique qui couple la bobine 14 au noyau magnétostrictif 11 et "imprègne" circonférenciellement le noyau. Le champ circonférenciel produit par la bobine 14 fait circuler dans le • noyau un flux magnétique, suivant un trajet circulaire coaxiale-40 ment entre la surface intérieure et la surface extérieure du 71 22723 10 2096415 noyau 11, comme illustré par le trajet de flux annulaire indiqué en partie par la flèche X sur la figure 1. Au cours de l'autre alternance, lorsque le potentiel présent à la borne 31b est positif par rapport à celui présent à la borne 31a, le courant circule depuis 5 la borne 31b à travers la bobine 20 et le redresseur 33 et engendre un champ électromagnétique qui couple la bobine 20 au noyau 11 et pénètre dans le noyau suivant un trajet torique, le flux résultant suit un trajet torique autour de la section droite de la bobine 20, comme illustré par la flèche T sur la figure 2. 10 II est évident que le flux résultant du champ circonfé- renciel produit par le courant circulant dans la bobine 14 se trouve orienté perpendiculairement au flux résultant du champ torique produit par le courant circulant dans la bobine 20. De ce fait, on obtient deux champs électromagnétiques perpendiculaires et à varia-15 tions cycliques avec des trajets de flux se coupant perpendiculairement dans le noyau magnétostrictif et le noyau est soumis à une excitation oscillatoire orthogonale et déphasée de 180°. lia direction d'aimantation oscille par conséquent sur un angle de 90°. les bobines et les champs magnétiques correspondant à 20 la bobine 14 et le champ circonférenciel émanant de cette dernière seront maintenant appelés respectivement la bobine X et le champ X et, de façon similaire, les bobines et les champs correspondant à la bobine 20 et au champ torique émanant de cette dernière seront appelés respectivement la bobine Y et le champ T. 25 l'excitation orthogonale de noyaux contenant des maté riaux magnétostrictifs bilinéaires (cette excitation orthogonale étant commandée de façon que les champs varient en étant déphasés ) peut être conçue de façon à fournir des résultats qui se traduisent par des déformations ou contraintes magnétostrictives et sont avan-30 tageux pour faire fonctionner des dispositifs émettant des vibrations, (par exemple des radiateurs électroacoustiques), ces résultats avantageux comprenant spécialement une déformation ayant une amplitude totale élevée. Par exemple, si le noyau 11 est constitué par un nickel à structure polycristalline irrégulière, lorsque la bobine 35 en forme de tore 14 est excitée et qu'un champ circonférenciel imprègne le noyau, le champ circonférenciel crée dans le noyau une déformation magnétostrictive considérée comme étant une déformation longitudinale étant donné que l'incrément de déformation à travers une spire donnée de la bobine en forme de tore est aligné 40 avec l'axe passant par le centre de cette spire de la bobine. Cette 71 22723 ii 2096415 déformation magnétostrictive longitudinale contracte la circonférence du noyau 11, car la déformation magnétostrictive longitudinale du nickel est négative (contraction) lorsque ce dernier est soumis à un champ magnétique longitudinal. Bien entendu, une contraction 5 de la circonférence du noyau diminue également les diamètres du noyau, par exemple le diamètre extérieur D (figure l). Si le noyau est constitué par un matériau tel que du nickel à structure polycristalline irrégulière, le champ circonférenciel crée également une déformation magnétostrictive transversale qui est positive (dilatait) tion) et qui se traduit par un agrandissement de section droite du noyau, particulièrement par une augmentation de la largeur W et de l'épaisseur T de la bague formant le noyau (figure 2). Dans le présent cas, les variations de dimensions résultant de la déformation magnétostrictive transversale produite par le champ circonfé-15 renciel sont relativement faibles car cette déformation transversale se manifeste sur des dimensions relativement faibles du noyau. Pendant la période ou cycle du courant alternatif en provenance de la source 31, l'intensité du champ circonférenciel augmente jusqu'à un maximum puis diminue et, de ce fait, la déformation 20 magnétostrictive longitudinale créé© par le champ circonférenciel augmente puis diminue et le noyau 11 se contracte circonférencielle-ment puis est libéré. le circuit 30 maintient un déphasage de 180° entre la fluctuation de l'intensité du champ circonférenciel et la fluctua-25 tion de l'intensité du champ torique. Le champ torique engendre la contrainte magnétostrictive présentant une composante de contrainte ou déformation longitudinale qui est négative et qui contracte la section droite du métal du noyau autour de la bobine 20, ce qui diminue les dimensions W et T de la 30 section droite du noyau. Ces diminutions des dimensions ¥ et T sont relativement faibles dans le présent cas, étant donné que la contrainte ou déformation longitudinale est dirigée le long de ces dimensions relativement faibles. D'une façon plus importante, la contrainte ou déforma-35 tion magnétostrictive engendrée par le champ torique comporte aussi une composante transversale qui est positive et dirigée circonféren-ciellement autour du noyau et, de ce fait, se traduit par une dilatation de la circonférence et du diamètre de ce noyau. La magnétostriction transversale engendrée par le champ torique est particu-40 lièrement importante, car elle a lieu autour de la dimension cir- 71 22723 12 2096415 conférencielle relativement longue du noyau et est commandée en phase de manière à produire l'amplitude maximale de dilatation radiale circonférencielle au moment où le champ circonférenciel n'exerce que l'effet minimal, c'est-à-dire sans aucune contraction, 5 et, de ce fait, la magnétostriction transversale engendrée par le champ torique augmente l'amplitude de la variation de diamètre du noyau pendant le cycle ou période du courant alternatif. En conséquence, au cours de cycles ou périodes répétées du courant provenant de l'oscillateur, la contraction et la dilatation cycliques de la 10 circonférence du noyau fait vibrer ce noyau radialement et, en ce qui concerne l'énergie de sortie dans le présent cas, l'amplitude effective de la vibration radiale et l'amplitude de crête/s^etef£e dant entre la crête de la contraction radiale résultant de la contrainte magnétostrictive longitudinale engendrée par le champ cir-15 conférenciel et la crête de dilatation radiale résultant de la contrainte magnétostrictive transversale engendrée par le champ torique et, de ce fait, l'amplitude effective de la vibration se trouve accrue par les deux champs. La vibration radiale du noyau 11, qui déplace les surfaces 28 et 29 de la face cylindrique du noyau, 20 alternativement vers l'intérieur puis vers l'extérieur, fournir une énergie mécanique qui peut être appliquée à des fluides afin d'engendrer des ondes acoustiques ou, entre autres, que l'on peut utiliser pour faire vibrer des outils ou autres dispositifs mécaniques. Il est extrêmement avantageux, spécialement pour obtenir 25 la densité maximale d'énergie de sortie, que les densités de crête de flux de chacun des champs transversaux soumis à une fluctuation soient égales, ou sensiblement égales, au niveau de densité de flux de magnétostriction à saturation du matériau du noyau qui est couplé électromagnétiquement au champ. On peut obtenir ce résultat, par 30 exemple, en réglant le courant traversant les bobines du transducteur ainsi que le nombre de spires des bobines. En fait, dans la pratique, pour obtenir une densité élevée d'énergie de sortie tout en évitant d'apporter une déformation nuisible des ondes par suite d'une saturation exagérée, on règle avantageusement cette crête du 35 flux de manière à atteindre un niveau aussi élevé que possible sans surpasser le niveau de saturation de magnétostriction. Du point de vue de la théorie des domaines magnétiques, on peut considérer que le transducteur décrit assure l'oscillation angulaire des axes des domaines magnétiques sur un angle de 90°, de façon à dévelop-40 per une contrainte magnétostrictive dans le matériau du noyau. Le 71 22723 13 2096415 circuit d'alimentation, commandé par des redresseurs et conçu pour transmettre les courants unidirectionnels variants cycliquement et déphasés de 180° à travers les bobines perpendiculaires du transistor, par exemple comme on l'a représenté sur la figure 3, 5 présente des avantages spéciauxs en plus d'assurer l'énergie magnétique des champs, jusqu'à un niveau de saturation de magnétostriction et essentiellement égale à ce niveau, (a) d'assurer l'oscillation de l'axe d'aimantation sur un angle complet de 90° sans risquer pratiquement de dépasser l'oscillation de 90° et, (b) de 10 fournir une densité d'énergie de sortie élevée sans nécessiter d'appareil de création de champ de sollicitation statique et, de plus, le circuit précité est particulièrement avantageux pour remédier aux difficultés ou inconvénients tels qu'une inversion, de flux, une saturation magnétique et l'hystérésis. 15 Pour certaines fins spéciales, par exemple pour un trépa— nage, une vibration ou sortie de tordion peut être avantageuse et, dans ce cas, on peut l'obtenir en ménageant une mince fente continue dans une paroi de la cavité 19, parallèlement aux conducteurs de la bobine 20, bien que ceci ne favorise pas l'obtention d'un 20 trajet de flux continu. Le transducteur magnétostrictif 40, représenté sur les figures 4, 5 et 6 comprend un long noyau 41, qui est formé par un barreau plein, ainsi que des bobines perpendiculaires 42 et 43• Le noyau 41 est constitué par un métal magnétostrictif bilinéaire, 25 par exemple du nickel de nature polycristalline irrégulière et exempt de contrainte, ce noyau ayant une section droite uniforme et une longueur sensiblement plus grande que la dimension la plus grande de la section droite, par exemple une longueur égale à au moins deux ou trois fois la dimension la plus grande de la section 30 droite. La bobine 42, dont les extrémités 45 et 46 sont reliées respectivement aux bornes 47 et 48, est enroulée hélicoïdalement autour du noyau et conduit le courant de manière à créer un champ électromagnétique dans le sens longitudinal du noyau lorsque le courant traverse ladite bobine. La bobine 43, dont les extrémités 35 49 et 50 sont reliées aux bornes 51 et 52, est enroulée sous forme d'une longue boucle et est divisée en deux sections parallèles égales qui conduisent le courant de manière à créer un champ électromagnétique perpendiculairement à l'axe longitudinal du noyau. On peut faire fonctionner le transducteur 40 de manière à mettre 40 en oeuvre le processus conforme à la présente invention en faisant 71 22723 14 2096415 passer alternativement, par cycles répétés, un. courant électrique redressé à travers la bobine 42, puis à travers la bobine 43 de manière à obtenir, entre chaque bobine et le noyau, un couplage des champs électromagnétiques variant cycliquement, ainsi qu'en réglant 5 le courant de manière à faire varier les intensités des champs l'une par rapport à l'autre et en déphasage, avantageusement avec un déphasage de 180°. Par exemple, on peut faire fonctionner et brancher le transducteur 40 dans le circuit 30, illustré sur la figure 3, de façon telle que les bobines 42 et 43 du transducteur 40 rernpla-10 cent les bobines 14 et 20, respectivement, du transducteur 10. Avec un tel agencement, lorsque l'énergie en provenance de la source de courant alternatif est appliquée, le courant traversant la bobine 42 entraîne une contraction longitudinale du noyau 41 en raison de la magnétostriction longitudinale qui se manifeste dans le champ 15 en provenance de la bobine 42 pendant une partie de la période ou cycle du courant alternatif en provenance de la source 30 et, de façon alternée, pendant une autre partie de la période ou cycle, le courant traversant la bobine 43 entraîne une dilatation longitudinale du noyau en raison de la magnétostriction transversale se 20 manifestant dans le champ en provenance de la bobine 43. De ce fait, le noyau vibre longitudinalement, l'amplitude de la vibration lon-- gitudinale étant une combinaison de la contraction magnétostrictive et de la dilatation magnétostrictive alternées. De façon facultative, on peut ajouter une capacitanee 25 et/ou une inductance à l'appareil illustré pour ajuster les relations de phase des tensions et des courants. Par exemple, on peut brancher un condensateur d'accord entre les bornes 31a et 31b de la source de courant 31, de manière à régler le facteur de puissance global du circuit 30 et/ou on peut prévoir des condensateurs d'ac-30 cord aux bornes des bobines 14 et/ou 20 (individuellement); et/ou on peut placer des inducteurs dans les conducteurs 16 et/ou 25 des bobines 14 et 20 du transducteur 10 pour équilibrer les facteurs de puissance dans les branches d'excitation du circuit ou pour ré-* gler la largeur de bande. 35 Des exemples purement illustratifs ci-après ont pour but de donner aux techniciens en la matière une meilleure compréhension de l'invention et de ses avantages. On a réalisé un tranducteur magnétostrictif (appelé par la suite tranducteur TA) constitué par un noyau annulaire 40 cylindrique au moyen d'un métal magnétostrictif bilinéaire et ce 71 22723 15 2096415 tranducteur comportait une cavité annulaire continue entourée par le métal magnétostrictif, une première "bobine (la bobine X) enroulée sous forme d'un tore autour du noyau et une seconde bobine (la -bobine Y) enroulée annulairement dans la cavité» la structure et la 5 configuration du noyau et les dispositions des bobines sont représentées sur les figures 1 et 2. la bague à section en U et la plaque-couvercle du noyau ont été réalisées avec une qualité extrêmement pure de nickel recuit connu sous la dénomination de nickel 270 contenant nominalement 99,98$ de nickel, 0,01$ de carbone et moins 10 de 0,001 $ de chacun des corps comprenant le manganèse, le fer, le soufre, le silicium, le cuivre, le chrome, le titane, le cobalt et le magnésium, et on a fixé la bague et la plaque-couvercle solidement l'une à l'autre au moyen de vis en laitoïi. On a branché au transducteur TA un circuit d'excitation comprenant un oscillateur 15 à tube à vide et deux redresseurs à diodes semi-conductrices au silicium disposées comme représenté sur la figure 3. le courant électrique traversait les bobines du transducteur placées dans le circuit, l'oscillateur à tube à vide délivrant un courant alternatif à une dréquence de 77 Hz, pendant que le transducteur était 20 immergé dans de l'eau, et, de ce fait, la bobine magnétostrictive se trouvait soumise à une excitation orthogonale oscillatoire, les courants dans les bobines variant de façon cyclique en opposition de phase et, en même temps, des ondulations et des projections d'eau dues aux vibrations indiquaient clairement que le noyau vibrait 25 et émettait sous l'eau des vibrations sonores. Des mesures du noyau effectuées au micromètre électronique montraient que le noyau vibrait radialement avec des amplitudes de contrainte ou déformation atteignant 28 x 10~6 suivant le courant d'excitation de crête que l'on faisait varier intentionnellement afin d'observer l'accroissement 30 de l'effet vibratoire en fonction de 1'accroissement de courant. Bien que l'amplitude des vibrations aient été accrue jusqu'à la limite pouvant être mesurée de façon sûre au moyen dfc l'appareil de mesure, les résultats ont montré que la limite de magnétostriction à saturation était sensiblement plus élevée. De plus, pour comparer 35 les résultats du procédé d'excitation orthogonale de l'invention avec les résultats obtenus à partir d'une excitation unidirectionnelle d'une seule bobine, contrairement à la présente invention, on a fait fonctionner le transducteur TA suivant trois modes (les courants d'excitation de crête et la fréquence (77 Hz) étant les %0 mêmes pour chaque mode ), à savoirs le mode XY où deux bobines sont 71 22723 16 2096415 excitées conformément à la présente invention, le mode Z où seule la bobine X est excitée et le mode Y où seule la bobine Y est excitée. Des mesures effectuées au micromètre électronique ont montré que le procédé conforme à la présente invention se traduisait, avec 5 le mode XY comportant une excitation orthogonale, par l'obtention d'une amplitude de déformation de crête à crête qui était d'environ 36% supérieure à l'amplitude d'une déformation de crête à crête obtenue avec le mode X et environ 500 $ plus élevée que l'amplitude de déformation de crête à crête obtenue avec le mode Y. En outre, 10 les mesures au micromètre électronique ont montré que l'amplitude radiale de crête à crête des vibrations dans le mode XY était nettement plus élevée que la somme des amplitudes radiales de crête à crête des vibrations dans le mode X et dans le mode Y. De plus, la linéarité électromécanique du mode XY s'est révélée nettement 15 supérieure à celle des autres modes. Dans l'appareil conforme à la présente invention, les agencements à noyaux creux comportant une bobine intérieure présentent des avantages spéciaux comprenant un bon couplage et tm bon_. rendement électromécanique résultant du trajet continu offert au 20 flux autour de la bobine intérieure. Par exemple, si un agencement à noyau de forme allongée est nécessaire pour obtenir des amplitudes élevées de déformation ou contrainte dans une direction désirée, on peut réaliser l'agencement à noyau annulaire creux.illustré sur les figures 1 et 2 et représenté à titre d'exemple par le 25 transducteur TA, le noyau creux se présentant sous la forme d'une longue boucle au lieu de la forme circulaire illustrée par la vue en plan de la figure 1 ou bien sous la forme d'un long cylindre mince, tel qu'un anneau creux, présentant un rapport élevé entre..,, sa longueur et son diamètre ou, si on considère les dimensions 30 T et D illustrées sur les figures 1 et 2, un rapport ïsD d'au moins lsl s on peut utiliser, par exemple des rapports TsD de 2sl ou 3sl ou même jusqu'à 10îl voire plus. Lorsque l'on augmente le rapport TsD de façon qu'il soit supérieur au rapport TsD de la configuration illustrée sur les' figures 1 et 2, le déplacement dimenslonnel axial 35 de crête à crête, ou amplitude axiale, des vibrations résultant de la contrainte ou déformation magnétostrictive transversale produite par le champ circonférenciel et la contrainte ou déformation magnétostrictive longitudinale engendrée par le champ torique devient^, plus grand et plus avantageux:; pour des transducteurs magnétostric-40 tifs destinés à produire des vibrations axiales destinées à des 71 22723 17 2096415 sondes acoustiques ou des outils fonctionnant par vibration, il est souhaitable que le rapport T;D soit d'environ l,5îl à environ 5sl. On comprendra que les transducteurs conformes à la présente 5 invention peuvent être utilisés par groupes en étant combinés les uns aux autres, par exemple des empilements de transducteurs à noyau formés par des bagues, comme illustré sur les figures 1 et 2, avec ou sans intervalles remplis d'air ou d'autres intervalles à faible perméabilité ou avec des éléments d'espacement à forte per-10 méabilité entre les transducteurs, ou bien on peut utiliser des groupes en parallèle de transducteurs à noyau formé par des barreaux, tels que ceux illustrés sur les figures 4, 5 et 6, avantageusement avec des coupleurs à forte perméabilité raccordant magnétiquement les extrémités des barreaux. 15 la figure 7 et les figures 8a à 8d, qu'il convient de regarder conjointement, représentent un autre circuit d'alimentation et on peut utiliser son fonctionnement électromagnétique dans une excitation orthogonale de transducteurs magnétostrictifs conformes à l'invention, la figure 7 montre un circuit 70 comprenant des 20 bobines perpendiculaires 71 et 72 reliées en série à une source de courant alternatif 75 ainsi que des bobines perpendiculaires 73 et 74 reliées en série avec une source d'alimentation réglable 76 à courant continu constant, les bobines 71 et 72, qui sont les bobines à champ cyclique, sont disposées conjointement avec la source 25 75 et le noyau magnétostrictif bilinéaire 77 de manière à engendrer deux champs électromagnétiques variant de façon cyclique et dont les trajets de flux se coupent perpendiculairement à l'intérieur du noyau 77. les deux autres bobines 73 et 74, qui sont les bobines à champ constant, sont disposées conjointement avec la source 76. 30 de manière à engendrer deux champs électro-magnétiques constants comportant des trajets de flux se coupant perpendiculairement à l'intérieur du noyau. Par exemple, le noyau et les bobines illustrés symboliquement sur la figure 7 peuvent être disposés suivant la configuration et l'agencement du noyau et des bobines illustrés 35 sur les figures 4, 5 et 6, les bobines 72 et 74 se trouvant à la place de la bobine 42 et les bobines 71 et 73 se trouvant à la - place de la bobine 43» ou vice versa. Ou bien, de façon plus avan-— tageuse, le noyau et les bobines représentés sur la figure 7 peuvent se présenter sous la forme de la structure du transducteur 40 annulaire illustré sur les figures 1 et 2, et, dans un exemple d'un 71 22723 18 2096415 tel transducteur et d'un exemple d'un procédé comprenant l'utilisation d'un tel transducteur dans le circuit 70 (appelés par la suite transducteur TB et procédé TB respectivement ), le noyau 77 a la configuration annulaire creuse du noyau 11, les bobines 72 et 74 5 sont enroulées conjointement sous forme de tores autour de la bague formant le noyau, à la place de la bobine 14, et les bobines 71 et 73 sont enroulées ensemble annulairement à l'intérieur du noyau à la place de la bobine 20. De ce fait, conformément aux désignations des bobines et des champs électromagnétiques, c'est-à-dire 10 les bobines ou les champs 'X» ou 'Y* mentionnées ci-avant, lorsque l'on se référera aux transducteurs et aux procédés TB, les bobines 72 et 74 et les champs créés respectivement par ces bobines sont les bobines et les champs X, ou X2 et X4, respectivement, et les bobines 71 et 73 et les champs qui en émanent respectivement sont 15 appelés les bobines et les champB Y, ou Y1 et Y3 respectivement, les bobines 71 et 72 sont assorties de façon à produire des densités de flux (B) égales lorsqu'elles sont excitées par des courants égaux et les bobines"73 et 74 sont, de la même façon, assorties-également l'une par rapport à l'autre, mais non nécessairement par 20 rapport aux bobines 71 et 72. Les quatre bobines et les conducteurs qui les relient au circuit 70 sont spécialement enroulées et branchées de manière que, lorsque le courant alternatif circule à travers la bobine 72 dans la même direction torique autour du noyau que le courant continu circulant à travers la bobine 74, la direc— 25 tion du courant alternatif circulant annulairement à l'intérieur du noyau à travers la bobine 71 soit alors à cet instant opposée à la direction de la circulation annulaire du courant continu dans la bobine 73 et, de ce fait, le circuit est agencé de façon, que lorsque le flux en provenance de la bobine 72 renforce le flux en 30 provenance de la bobine 74, le flux en provenance de la bobine 71 s'oppose au flux en provenance de la bobine 73 (et vice versa). Grâce à cet agencement» les bobines à champs alternatifs se trouvent reliées mutuellement en opposition par rapport aux bobines à champ constant. 35 les veeteur» électromagnétiques produits par les bobines du transducteur TB pendant le procédé TB sont représentés sur les figure>B"8a à 8d. Ici, ' des vecteurs entrait s pleins représentent les champs à densité constante et les vecteurs en traits interrompus représentent les champs dont les densités varient (ou fluctuent 40 alternativement), la figure 8a illustre la variation en fonction 71 22723 19 2096415 du temps des densités de flux variant de façon cyclique B-X2 et B-Yl engendrés par les 'bobines 72 et 71 respectivement lorsqu'elles sont excitées par le courant alternatif en provenance de la source 75» La figure 8a représente aussi les densités de flux constantes 5 B-Y3 et B-X4 qui sont produites par les bobines 73 et 74 lorsqu'elles sont excitées par le courant continu constant en provenance de la source 76 et qui sont maintenues à une valeur aussi grande (et, en fait, dans la pratique, avantageusement, à une valeur légèrement supérieure, par exemple de 5i° ou plus) que les densités de flux de 10 crête des champs fluctuants afin d'éviter des effets nuisibles d'inversion de flux. La figure 8b représente la résultante de la combinaison des champs engendrés par les bobines 72 et 74, résultante qui est appelée champ B-X, et la figure 8ç représente la résultante de la combinaison des champs engendrés par les bobines 71 et 73, 15 résultante qui est appelée champ B~Y„ Avec l'enroulement et le branchement des bobines décrits ci-dessus, les courbes B-X, B-Y fluctuent de façon cyclique en opposition de phase et aucune ne descend en dessous de l'axe 0 en aucun moment? de ce fait, il n'existe pas d'inversion de la direction du flux dans le noyau. 20 On évite avantageusement et, dans certains cas nécessairement, l'inversion de la direction du flï"r. afin d'empêcher que se manifestent les effets nuisibles tels que les harmoniques électromécaniques, le doublage de fréquence et/ou une diminution d'amplitude des vibrations. Etant donné que les champs B-X et B-Y sont la résultante des 25 bobines perpendiculaires du transducteur TB et que les trajets de flux de ces champs se coupent perpendiculairement dans le noyau 77, les champs B-X et B-Y sont en opposition de phase et il est évident que le procédé TB a pour effet d'appliquer au noyau magnétostrictif deux champs électromagnétiques mutuellement perpendiculaires qui 30 fluctuent de façon cyclique en étant déphasés de 180® l'un par rapport à l'autre, c'est-à-dire en opposition de phase» L'action magnétostrictive des champs électromagnétiques obtenue par le procédé TB fait vibrer le noyau du transducteur et, avec le présent procédé, les amplitudes principales, c1est-à-dire les plus importantes des 35 vibrations sont celles des vibrations circonférencielles et radiales résultant de la magnétostriction longitudinale dans les bobines 72 et 74 et de la magnétostriction transversale, alternant de façon cyclique, autour des bobines 71 et 73» La figure 8d montre les vecteurs qui représentent la re-40 lation entre les champs électromagnétiques dans le procédé TB. 71 22723 20 2096415 Sur cette figure 8d, l'axe des ï correspond à une tangente à une circonférence du noyau annulaire à un endroit où les champs orthogonaux engendrés par les bobines du transducteur TB se coupent mutuellement de façon perpendiculaire dans le noyau (et, de ce fait, 5 l'axe des X correspond aussi à la direction incrémentale du champ Z), l'origine 0 se trouve au point de tangence et l'axe des Y correspond à la direction du champ électromagnétique torique (le champ Y) au point de tangence et, par conséquent, est perpendiculaire au plan de l'anneau que forme le noyau. D'une façon plus générale, l'axe des 10 X est aligné avec l'axe (ou trajet) principal des matériaux magnétostrictifs, lequel, habituellement, correspond à la direction désirée de l'énergie mécanique et, en ce qui concerne un transducteur comportant un noyau rectiligne relativement long, l'axe des X coïncide habituellement avec l'axe longitudinal, du noyau ou bien est 15 parallèle à cet axe. Par exemple, en ce qui concerne le transducteur 40 illustré sur les figures 4, 5 et 6, l'axe des X coïncide avec l'axe longitudinal du noyau 41 ou bien est parallèle à cet axe; de plus, dans tui tel cas, l'axe des Y est perpendiculaire aux plans des deux sections de bobine 43» Si l'on se réfère à nouveau au pro-20 cédé TB, on voit que les champs électromagnétiques appliqués au noyau à partir des bobines 71, 72, 73 et 74» sont représentés par les vecteurs B-Yl, B-X2, B-Y3 et B-X4, respectivement. Le champ à intensité constante, que l'on peut aussi appeler le champ à polarisation statique, résultant de la coopération des champs B-Y3 et 25 B-X4 est représenté par le vecteur B-P. L'angle que fait le vecteur B-P avec l'axe des X est appelé angle Q et, dans le présent exemple, sa valeur est de 45° car les champs B-Y3 et B-X4 sont égaux et perpendiculaires. Les vecteurs B-Yl et B—X^ représentent les champs fluctuants respectifs lorsqu'ils coopèrent avec les champs constants. 30 A ce sujet, il convient de remarquer particulièrement qu'étant donné que les bobines 71 et 72 sont spécialement branchées en opposition mutuellement par rapport aux bobines 73 et 74, le vecteur fluctuant B-Yl est maximum dans le sens positif (vers le haut) et, de ce fait est dirigé dans la même direction que le vecteur constant B-Y3 au 35 moment où le vecteur fluctuant B-X2 est ma-ri mt-im dans le sens négatif (vers la gauche) et est ainsi dirigé en sens opposé du vecteur constant^ B-X4; et, dans l'autre partie du cycle ou période du courant alternatif, B-Yl atteint alternativement sa valeur de crête négative, tandis que B-X2 atteint de façon alternée sa valeur de crête posi-40 tive. C'est pourquoi, une coopération des champs B-Yl et B-X2 donne 71 22723 21 2096415 le champ résultant fluctuant indiqué par le vecteur B-E. T'angle que fait le vecteur B-E avec 1'axe des Y est appelé angle ^et, dans le présent exemple, sa valeur est de 45° car les champs B-Yl et B-Z2 sont égaux et perpendiculaires. En conséquence, le vecteur 5 champ B-E est perpendiculaire au vecteur champ B-P. la résultante des champs B-P et B-E etj, de ce fait, la résultante des quatre champs B-Yl, B-X2, B-Y3 et B-X4 est représentée par le vecteur B-R qui s'étend depuis l'origine 0 jusqu'au vecteur B-E„ Pendant un cycle complet du courant alternatif appliqué aux bobines 71 et 72, 10 le vecteur B-R oscille sur un angle ^ entre la position angulaire et la position angulaire , comme illustré sur la figure 8d9 l'extrémité avant du vecteur se déplaçant du point R* jusqu'au point R" et revenant le long de la ligne du vecteur B-E sans couper 1'axe des X ou 1'axe des Y en aucun moment du cycle.De ce fait, 15 l'oscillation angulaire du vecteur résultant est maintenue dans le quadrant positif X-Y. Il convient de remarquer également que pendant l'oscillation du vecteur B-R entre les angles^' et ia longueur du vecteur varie, ce qui indique une fluctuation de l'intensité du champ ré-20 sultant * Etant donné que la direction du vecteur champ résultant B-R représente la direction de l'axe d'aimantation du champ résultant engendré par les quatre bobines„ il va de soi que l'axe d'aimantation appliqué au noyau pivote sur un angle égal mais non pas 25 supérieur à environ 90° (par exemple 85°), puis revient à sa position initiale pendant un cycle ou période du courant alternatif au cours du processus. De ce fait, le processus polarise de façon cyclique le noyau de façon alternative, cela sensiblement dans la direction de l'axe des X et sensiblement dans la direction de l'axe 30 des Y» Au cours du cycle, au moment où l'axe d'aimantation coïncide sensiblement avec l'axe des X, la magnétostriction longitudinale résultant de la polarisation du noyau annulaire en nickel le long de l'axe des X contracte le noyau circonférenciellement en 35 engendrant une contrainte magnétostrictive négative. Pendant la progression du cycle, l'axe d'aimantation pivote alors en direction de l'axe des Y et, en conséquence, la magnétostriction longitudinale et la contraction du noyau diminue progressivement jusqu'à un minimum, voire une valeur nulle, qui peut être atteint à un angle de 40 60° à 65° de l'axe d'aimantation par rapport à l'axe des X. A mesure 71 22723 22 2096415 que le cycle continue et que l'axe d'aimantation continue de pivoter à partir de l'axe des X et se rapproche de l'axe des Y, une magnétostriction transversale résultant de la polarisation du noyau dans la direction de l'axe des Y dilate le noyau circonférenciellement par 5 une contrainte magnétostrictive positive. La dilatation de crête est atteinte lorsque l'axe d'aimantation coïncide sensiblement avec l'axe des Y, comme représenté par B-RïC,> Dans la seconde moitié du cycle (demi-période)s la direction du pivotement de l'axe d'aimantation se trouve inversée, la dilatation et la contraction précitées 10 de la circonférence du noyau se trouvent inversées en conséquence, et, de ce fait, la circonférence du noyau revient à la configuration contractée qui est la sienne lorsque l'axe d'aimantation coïncide avec l'axe des X au début du présent cycle illustratif. De ce fait, dans le présent cycle du processus, le noyau vibre radialement avec 15 des contractions et des dilatations alternées de la circonférence et l'amplitude de crête à crête de la vibration est le résultat de la combinaison des contraintes magnétostrictives longitudinales et transversales engendrées par les champs électromagnétiques appliqués au noyau. 20 Dans la mise en oeuvre de la présente invention de manière à obtenir des amplitudes de vibrations particulièrement élevées, il est spécialement avantageux de régler les intensités des champs pour que l'angle de polarisation statique# soit d'environ 45 °9 que le vecteur champ résultant B-R se rapproche aussi près qu'il est pra-25 tiquement possible de l'axe des X et de l'axe des Y sans couper l'un ou l'autre de ces axes et que la densité de flux (intensité) du champ résultant B-R atteigne le niveau de saturation magnétostrictive du matériau magnétostrictif du noyau lorsque le vecteur résultant B-R se trouve aux limites de son oscillation (correspondant aux 30 angles ^' et ), c'est-à-dire lorsque le vecteur se trouve le plus près de l'axe des X et de l'axe des Y et a atteint sa longueur maximale. C'est pourquoi, lorsque l'exigence principale est d'obtenir une densité d'énergie de sortie maximale, on conçoit l'appareil 35 et le procédé de manière que l'axe magnétique oscille sur un angle sensiblement égal à 90° à partir de l'axe représentant l'énergie de sortie (angle et axe qui sont représentés ici respectivement par la gamme d'angle et par l'axe X ) et de manière à régler la densité de crête du flux du champ résultant (B-R) pour qu'il soit égal 40 au niveau du flux de saturation de la magnétostriction. 7 î 22723 23 2096415 Dans d'autres cas, il n'est pas essentiel d'obtenir le ma On peut obtenir d'autres avantages, particulièrement en 35 ce qui concerne le rendement électromécanique et, si possible aussi, la linéarité, en augmentant 19angle0 du champ statique jusqu'à une valeur supérieure à 45°, par exemple environ 65°, 70° ou 75°, ce que l'on peut obtenir en augmentant le rapport entre la densité de flux du champ B-Y3 et la densité de flux du champ B-X4, par exemple 40 jusqu'à environ 2sl à environ 4sl, ou 3§1? avantageusement, pour un 7Î 22723 24 2096415 rendement électromécanique élevé, il faut que l'angle 0 soit aussi large que possible sans que le vecteur B-E coupe l'axe des T. Bien entendu, l'intensité de crête du champ excitateur résultant B-E est maintenue suffisamment élevés pour assurer au transducteur ses 5 besoins en énergie, lesquels sont considérés être faibles pour une énergie de sortie modérée avec un rendement élevé. De plus, en ce qui concerne encore l'obtention d'un rendement électromécanique élevé, il peut être avantageux de diminuer l'intensité du champ excitateur transversal B-Yl par rapport au champ excitateur longitu-10 dinal B-X2, ce qui a pour effet d'augmenter l'angleV qui est habituellement égal à au moins 45° et est avantageusement rendu égal à l'angle $ , et pour obtenir une énergie mécanique de sortie avantageuse, jusqu'à une valeur supérieure à 45° et éventuellement jusqu'à une valeur voisine de 90° (par exemple 85°), particulière-15 ment si l'angle $ a une valeur relativement élevée, par exemple de 65° à 85®. A titre d'exemple, le rapport entre la densité de crête de flux du champ B-Yl et celle du champ B-X2, c'est-à-dire le rapport des inductances ou des nombres de spires entre la bobine 71 et la bobine 72, peut être d'environ ls2 ou ls3 ou, éventuellement, 20 1:4, ou bien dans une version un peu simplifiée de l'appareil, la bobine 71 peut être supprimée si l'angle de champ statique est élevé et si l'exigence en énergie n'est que modérée» En général, pour obtenir ces avantages spéciaux, quand un rendement électromagnétique élevé est ce que l'on recherche particulièrement, la plage angulaire 25 d'oscillation de l'axe d'aimantation par rapport à l'axe représentant l'énergie est maintenue à une valeur élevée par exemple des plages angulaires d'oscillation d'environ 70 à 90° ou d'environ 75 à 87° à partir de l'axe représentant l'énergie de sortie. Bien que le fonctionnement électromagnétique du trans-30 ducteur TB et de ses variantes soit décrit à propos du circuit 70 illustré sur la figure 7P on comprendra que l'on puisse utiliser des agencements un peu différents de bobines, de sources d'énergie et de conducteurs pour obtenir la plupart, sinon la totalité, des fonctions du circuit 70. Par exemple, on peut prévoir une source de 35 courant continu distincte pour chacune des bobines 73 et 74, on peut relier les bobines 71 et 72 en parallèle au lieu de les relier en série (pourvu que le rapport d'opposition décrit précédemment soit maintenu), ou bien on peut relier une seule bobine en commun avec la source de courant alternatif et la source de courant continu à 40 la place des bobines 72 et 74, par exemple en supprimant la bobine 71 22723 25 2096415 74 et en branchant la source de courant continu 76 et la bobine 73 en série avec la bobine 72 et en intercalant un condensateur de blocage entre la source de courant alternatif 75 et la bobine 72, de manière à empêcher que le courant continu de la source 76 eir-5 cule jusqu'à la source de courant alternatif 75. Bien que les modes de réalisation comportant à la fois des champs fluctuants et des champs constants, comme illustré sur la figure 7, présentent quelques caractéristiques souhaitables, particulièrement en vue d'une adaptation à des fins spéciales oîi 10 est requise une énergie de sortie faible ou modérée, le circuit d'alimentation en courant redressé illustré sur la figure 3 est des plus avantageux pour obtenir une densité d'énergie de sortie des plus élevées et est également avantageux pour obtenir des caractéristiques de charge sensiblement résistive pour éviter la présen-15 ce d'une source de courant continu et pour contrecarrer les difficultés qu'entraîne l'inversion de flux. Bien que la présente invention ait été illustrée à propos d'une transformation d'énergie électrique en énergie méca= nique, on comprendra qu'elle peut également être- utilisée pour 20 transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique. Par exem~ pie, on peut soumettre un transducteur conforme à la présente invention a un effort mécanique, par exemple par une déformation anisotrope par pression, et les variations du flux magnétique entourant le noyau peuvent être recueillies ou détectées par les bobines per-25 pendiculaires, de façon à transmettre de l'énergie électrique, par exemple pour des mesures en acoustique ou pour toute autre mesure de variations de pression» La présente invention trouve une application particulière dans les transducteurs magnétostrictifs destinés à l'émission et à 30 la réception de sons dans les sonars, l'entraînement d'outils ou de mèches fonctionnant par vibration, y compris les outils de trépanage, les outils pour perforer les roches, les outils de sondage géologiques et les outils de forage de mines ou de puits de . pétrole, ainsi que pour communiquer des vibrations à des sonnettes, 35 des outils à riveter, à souder, des fers à souder, des dispositifs de nettoyage aux ultrasons ainsi que des perceuses dentaires ou chirurgicales et/ou des outils pour inciser ou découper, et elle peut également être appliquée pour produire des vibrations dans des procédés de formage de métaux, par exemple pour l'étirage ou l'ex-40 trusion de tubes. La présente invention est avantageuse dans l'ob 7î 22723 26 2096415 tention d'une énergie vibratoire à des fréquences sonores et ultrasonores, par exemple depuis environ 20 Hz, ou 50 Hz jusqu'à environ 20 000 Hz et jusqu'à des fréquences plus élevées de 50 000 Hz ou 100 000 Hz ou même éventuellement plus, ainsi qu'à des fréquences 5 un peu en dessous des fréquences sonores, par exemple 10 Hz. La présente invention est particulièrement applicable à des noyaux vibrant électromécaniquement et se présentant sous la forme de configurations de trajets creux et fermés qui constituent un trajet ou boucle de matériau fermé continu, ou sensiblement ou essentiellement 10 continu, par exemple le trajet ou boucle fermé autour d'un cercle, d'un ovale ou d'un rectangle, et qui comporte une cavité ou passage intérieur continu s'étendant dans le matériau et autour de l'ouverture centrale, étant bien entendu que le terme "creux" concerne la cavité ou passage intérieur sensiblement clos et non pas l'ouver-15 tare centrale. A titre illustrâtif, un noyau cylindrique annulaire et creux comporte une ouverture centrale s'étendant axialement à travers le cylindre et un passage annulaire clos à l'intérieur du cylindre s'étendant autour de l'ouverture centrale. La présente invention peut s'appliquer à des structures de noyau constituées 20 d'une façon sensiblement continue par un matériau magnétostrictif ainsi qu'à des structures magnétostrictives feuilletées, par exemple des feuilletages plans, des feuilletages cylindriques ou annulaires, des feuilletages en couronne, ou leurs combinaisons, avec ou sans la présence de matériaux électriquement isolants, de maté-25 riaux non magnétiques ou de différents matériaux magnétiques ou magnétostrictifs entre les éléments ou lamelles constituant les feuilletages. 71 22723 27 2096415 REVENDICATIONS 1. Transducteur électromécanique destiné à transformer une énergie électrique en énergie mécanique vibratoire, ou vice versa, comprenant un long noyau de matériau magnétostrictif et une bobine 5 conductrice de l'électricité qui est placée par rapport au noyau de manière à être couplée électromagnétiquement au noyau lorsque le courant électrique la traverse, le transducteur susvisé étant caractérisé par le fait que le noyau contient un matériau magnétostrictif sensiblement bilinéaire et que des première et une seconde 10 bobines conductrices de l'électricité sont placées chacune par rapport au noyau de manière à être couplées électromagnétiquement au noyau lorsqu'elles sont parcourues par un courant électrique, ces première et seconde bobines étant disposées de façon à produire respectivement un premier champ électromagnétique dont le flux est 15 dirigé sensiblement dans la direction longitudinale du noyau et un second champ électromagnétique dont le flux coupe le noyau dans une direction transversale à ladite direction du premier champ électromagnétique. 2. Transducteur électromécanique suivant la revendication 1, 20 dans lequel le noyau est un barreau, ce transducteur étant caractérisé par le fait que l'une des bobines est enroulée hélicoxdalement autour du barreau et que l'autre bobine est enroulée sous la forme d'une longue boucle et est disposée de telle sorte que la longueur de la boucle soit sensiblement parallèle à la longueur du barreau. 25 3. Transducteur électromécanique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le noyau est creux et qu'il est profilé de manière à constituer un trajet sensiblement continu de matériau autour d'une ouverture centrale ainsi qu'une cavité intérieure continue s'étendant le long dudit trajet, l'une des bobines 30 étant enroulée à 1'intérieur de la cavité, chaque spire ayant la même étendue que le trajet précité et l'autre bobine étant de forme torique et étant enroulée autour dudit noyau le long du trajet précité. 4. Transducteur électromécanique suivant la revendication 35 3, dans lequel le noyau est annulaire, caractérisé par le fait que le rapport entre l'épaisseur axiale et le diamètre extérieur du noyau annulaire est inférieur à lsl. 5. Transducteur électromécanique suivant la revendication 3, dans lequel le noyau est annulaire, caractérisé par le fait que 40 le rapport entre l'épaisseur axiale et le diamètre du noyau annulaire 71 22723 2096415 est au moins de lsl. 6» Transducteur électromécanique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le matériau magnétostrictif présente une déformation magnétostrictive Jou-5 le à saturation d'au moins 10 parties/million. 7. Appareil comprenant un transducteur électromécanique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, et en outre, un dispositif pour faire passer des courants électriques à travers chacune de deux bobines, cet appareil étant caractérisé par le fait 10 qu'il comporte des dispositifs pour régler le courant dans la bobine afin de faire varier de façon cyclique la densité de flux d'au moins l'un des champs de façon à faire osciller angulairement la direction d'aimantation du noyau sur un angle atteignant 90°, 8, Appareil suivant la revendication 7, dans lequel le dis-15 positif servant à faire passer les courants à travers les deux bobines et à régler ces courants comprend une source de courant alternatif, l'appareil utilisé étant caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif pour faire passer un courant en provenance de la source de courant alternatif unidirectionnellement à travers 20 l'une des bobines pendant une partie du cycle ou période du courant alternatif, puis unidirectioaœHemeDfc à travers l'autre bobine pendant une autre partie du cycle ou période de courant alternatif en faisant varier ainsi de façon cyclique la densité de flux de chacun des champs électromagnétiques engendrés par les deux bobines 25 et à maintenir un déphasage de 180° entre les variations cycliques des densités de flux des deux champs. 9» Appareil suivant la revendication 7, dans lequel le dispositif pour faire passer et pour régler les courants comprend une source de courant alternatif reliée électriquement de façon 30 à exciter l'une des bobines avec un courant alternatif afin de produire, un champ électromagnétique qui varie de façon cyclique, l'appareil susvisé étant Caractérisé par le fait qu'une source de courant continu constant est branchée électriquement de manière à exciter les deux bobines avec du courant continu afin de produire 35 deux champs électromagnétiques constants mutuellement transversaux et par le fait que lesdites sources de courant et les bobines sont telles que la densité de flux du champ constant produit par la bobine excitée également par le courant alternatif est au moins aussi grand que l'intensité de crête du champ provenant du cou-40 rant alternatif pendant toute partie opposée du cycle ou période du courant alternatif» 71 22723 29 2096415 10. Procédé pour transformer électromécaniquement une énergie mécanique et vice versa en appliquant à un noyau de forme allongée en matériau magnétostrictif, un champ électromagnétique d'intensité variable, ce procédé étant caractérisé par le fait que 5 le noyau contient un matériau magnétostrictif sensiblement bilinéaire et que l'on applique deux champs électromagnétiques mutuellement transversaux au noyau, l'un des champs engendrant un flux dirigé sensiblement dans la direction longitudinale du noyau et«par le fait également que l'on fait varier de façon cyclique l'intensité 10 d'au moins l'un des deux champs électromagnétiques pour faire osciller de façon cyclique l'axe d'aimantation résultant sur une plage angulaire atteignant 90° à partir de la direction longitudinale du noyau et que l'on fait ainsi vibrer par magnétostriction le noyau riana ladite direction à la fréquence cyclique du champ variant de 15 façon cyclique, 11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que l'on fait osciller l'axe magnétique sensiblement sur la totalité d'une plage angulaire d'environ 90°, mais non pas au-delà de 90°, à partir de la direction longitudinale du noyau. 20 12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé par le fait que les deux champs se coupent perpendiculairement à l'intérieur du noyau, que les deux champs varient de façon cyclique en opposition de phase l'un par rapport à l'autre, et que l'on maintient mutuellement égales'en valeur 25 les intensités de crête des deux champs qui varient. 13. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que l'on fait osciller l'axe magnétique sur un angle d'en-, viron 25 à environ 65° à partir de la direction longitudinale précitée du noyau. 30 14. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que l'on fait osciller l'axe magnétique sur un angle d'environ 70 à 90° à partir de la direction longitudinale précitée du noyau.