Brevet FR2126454A1 — publié le 19721006

La présente invention concerne un dispositif régulateur comprenant un constituant semi-conducteur à commande magnétique et un circuit magnétique con portant un matériau fortement magnétique et un entrefer dans lequel est disposé le constituant ci-dessus. Un dispositif régulateur passif ayant par exemple une valeur de résistance variable R présente des propriétés var avantageuses si la valeur de la résistance peut eAtre modifiée rapidement, s'il n'existe pas de parties mobiles dans le dispositif et si une valeur de résistance ajuste est maintenue après l'ajustement sans consommation d'effet,c'est-à-dire si le dispositif est muni d'une mémoire.On peut citer comme exemples connus de dispositifs résistifs à résistance variable 1) un potentiomètre que l'on peut faire varier rapidement et qui est muni d'une mémoire mais qui comporte des parties mobiles ; 2) une thermistance qui ne présente pas de parties mobiles-mais qui a un fonctionnement lent et qui nlest pas munie d'une mémoire car une température qui donne une résistance fixée doit être maintenue 3) un dispositif comprenant une palette sensible à un champ magnétique, dite ci-après palette d'induction, par exemple du type décrit dans la demande de brevet suédois no 320 413, comprenant un constituant semi-conducteur dont la résistance est déterminée magnétiquement et un circuit magnétique comprenant un matériau fortement magnétique eetun entrefer variable.La valeur de la résistance de ce dispositif peut être modifiée rapidement et ledit dispositif est muni d'une mémoire mais il comporte des parties mobiles. On obtient un dispositif régulateur actif, par exemple à tension variable Uvar, si palette d'induction ci-dessus est connectée à une source de courant continu à courant constant. De cette façon, il est cependant impossible d'obtenir une de variation commandée magnétiquement du signe /Uvar et d'obtenir U =O. var La présente invention vise donc un dispositif régulateur à commande magnétique présentant les propriétés avantageuses mentionnées ci-dessus et qui, lorsqu'il est utilisé en tant que dispositif actif, évite les inconvénients ci-dessus. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après faite en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif, et sur lesquels la figure 1 représente un dispositif régulateur passif selon l'invention la figure 2 représente un graphique de valeur d'induction de champ magnétique qui montre les états différents d'un matériau fortement magnétique qui est utilisé dans le dispositif selon l'invention la figure 3 représente une courbe caractéristique de résistance d'un semi-conducteur, connu en soi, en fonction de l'induction dans l'entrefer les figures 4 et 5 représentent respectivement des formes de réalisation d'une source d'impulsions séparées de courant continu selon l'invention la figure 6 représente un dispositif régulateur de niveau de tension à fonctionnement automatique et renfermant un dispositif régulateur selon l'invention les figures 7 et 8 représentent un dispositif régulateur actif selon l'invention ; et les figures 9 et 10 représentent respectivement des courbes caractéristiques de la valeur de tension d'un dispositif régulateur selon les figures 7 et 8 respectivement,en fonction de l'induction dans l'entrefer. En se référant à la figure 1, le circuit magnétique compris dans le dispositif régulateur selon l'invention consiste en un matériau fortement magnétique HM ayant une longueur lhm d-ans le sens du champ magnétique et une surface de section Ahm perpendiculairement au sens du-champ magnétique, un entrefer dont les dimensions correspondantes sont lb pour la longueur et A 6 pour la section, un matériau faiblement magnétique ME dont la résistance magnétique est suffisamment faible pour être négligée et une bobine de commande L compor tant un nombre N de spires. Le constituant semi-conducteur à commande magnétique est une palette d'induction FP disposée dans l'entrefer. En partant de la formule de base N . I - # H .d1 (1) dans laquelle H est la composante de force de champ magnétique dans le sens de l'ensemble de la boucle, ladite boucle comprenant une bobine dont le nombre de spires est N et le courant dans ladite bobine est I, on obtient,pour le circuit mentionné ci-dessus, l'expression Ahm N .I = Hhm . ihm + A# . Bhm .1# (2) dans laquelle 0 = B#/H# est le facteur de proportionnalité entre la force de champ magnétique H & et l'induction B & dans l'entrefer, et dans laquelle Hhm et Bhm représentent respectivement la force de champ magnétique et l'induction qui est obtenue dans ledit matériau fortement magnétique à un instant défini du fait de l'influence du courant électrique I passant dans la bobine de commande. Sur la figure 2, qui représente un graphique de Bhm en fonction de Hhm, on suppose qu'un premier courant I1 donne la valeur 1 du couple (Shm,Hhm). Lorsque le courant passant à travers la bobine et venant d'une source PK d'impulsions de courant continu cesse, l'état de magnétisation du matériau fortement magnétique varie le long de la courbe de magnétisation valable pour le matériau jusqu'à une nouvelle valeur 2 qui satisfait à l'équation (2) pour I = O, hm, Hhm Hhm = - Ahm Bhm . 1# (3) A # . 0 droite L'équation (3) définit une ligneide fonctionnement AL passant par le point 0 du graphique de la figure 2, cette ligne de fonctionnement étant valable pour des états de rémanence du matériau fortement magnétique, c'est-à-dire lorsqu'aucun courant ne passe dans la bobine de commande. On supp-ose mainte- nant qufen partant de l'état 2, la source donne un courant de démagnétisation I1 dans la bobine de commande valeur 3 de (Bh, hm, Hhm) est obtenue.Cette démagnétisation entrain le fait que, dans un nouvel état de non passage de courent après la fin de l'impulsion Iq, la courbe de magnétisation conduit à une valeur 4 de(bhm'Hhm) située sur ladite ligne de fonctionnement, qui, comparée avec la valeur 2 donne des valeurs individuelles plus petites de Bhm et de Hhm On suppose enfin qu'en partant de l'état 4 , un courant de magnétisation I donne la valeur 5 de Bhm, Hhm) a partir de laquelle un état de non passage de courant conduit à un point de fonctionnement stationnaire correspondant à la valeur 6 de Bhm H h Du fait qu'entre l'induction Bhm dans le matériau fortèment magnétique et l'induction B# dans l'entrefer il existe la relation B# = (Ahm/A & ) Bhm (4) Il apparat sur la figure 2 comment des impulsions de courant continu provenant de ladite source, en fonction de leur amplitude et de leur sens, entraînent une augmentation et une diminution, respectivement, de la force rémanente du champ magnétique dans lXentrefer, dans lequel est disposé un constituant semi-conducteur FP (voir figure 1), dont la valeur de résistance R est fonction du champ magnétique BS. Un tel constituant semi-conducteur, connu en soi, présente une caractéristique R/Ro en fonction de B# telle que représentée sur la figure 3, R représentant la valeur de la résistance pour o un champ magnétique Bô= 0. Une source PK d'impulsions individuelles de courant continu selon l'invention renferme, dans sa forme la plus courante qui est représentée sur la figure 4, une source de tension continue U qui, par l'intermédiaire d'un inverseur OK ayant également une position de repos, est connectée à un diviseur de tension S dont la sortie de tension ajustable constitue la sortie UG de la source. Dans les deux positions de travail de l'inverseur, il existe une impulsion de courant de magnétisation et de démagnétisation respectivement, dont l'amplitude est proportionnelle a' ladite tension ajustable.Dans la position de repos de l'inverseur, il existe un champ magnétique rémanent dans l'entrefer sans consommation d'effet,comme il a été décrit ci-dessus en référence à la figure 2. La figure 5 représente une source PK d'impulsions individuelles de courant continu conforme à l'invention, la division de tension étant obtenue par le fait qu'un circuit série RC est chargé pendant une durée définie par un circuit de base de temps TC qui déclenche l'inverseur OK, la fraction de tension aux bornes d'un condensateur C étant envoyée sur la sortie UG de la source d'impulsions par l'intermédiaire d'un convertisseur d'impédance IV. Un- convertisseùr d'impédance est connu comme étant un amplificateur dont la tension de sortie est proportionnelle 'a la tension d'entrée, l'impédance d'entrée étant de valeur élevée telle que la charge par le convertisseur d'impédance est négligeable pour ladite fraction de tension, l'impédance de sortie étant très petite par rapport à la charge connectée qui, conformément à l'invention, est constituée par la bobine de commande mentionnée ci-dessus. Après la fin de cette durée, la fractionde tension est mise en court-circuit au moyen d'un contact de repos VK de l'inverseur. La figure 6 représente un dispositif régulateur N de niveau de tension à fonctionnement automatique. destiné à régu- ler une valeur de tension continue UN dtun appareil quelconque E, de façon que cette dernière soit inférieure à une/limite supérieure UN+ d et supérieure à une tension limite inférieure UN- E , une résistance variable étant l'organe régulateur RR du dispositif. Afin d'empêcher que le dispositif régulateur ne renferme des parties mobiles et pour lui permettre de fonctionner rapidement et automatiquement sans consommation d'effet aussi longtemps que la valeur de la tension est maintenue dans lesdites limites, on utilise un régulateur selon l'invention. Dans ce cas par exemple, le constituant semi-conducteur FP joue le rôle dudit organe régulateur et outre les parties mentionnées ci-dessus, ctest-à-dire la source de tension con- tinue U, l'inverseur OK, le circuit série RC et le convertisseur d'impédance IV, la source d'impulsions comprend un organe analyseur de niveau NO et un commutateur à fonctionnement pé riodique PS.L'organe d'analyse de niveau qui est connecté à la tension UN amène l'inverseur à la première et à la seconde de ses positions actives, respectivement, suivant que la tension UN est supérieure et inférieure, respectivement, à une et tension de seuil de fonctionnement ajustable supérieure/inférieure Uaö et UauXrespectivementet il ramène l'inverseur à sa position de repos suivant que la tension UN est inférieure et supérieure, respectivement, à une tension de seuil de raepuosstble supérieure et inférieure UvÖ et U respectivement, correspon vu dant auxdites tensionslde seuil de fonctionnement supérieure et inférieure respectives.Le commutateur à fonctionnement périodique est connecté entre le convertisseur d'impédance et la sortie de la source d'impulsions, de telle sorte que pendant une opération de régulation, un certain nombre d'impulsions continues sont envoyées sur la bobine de commande avec des amplitudes augmentant d'impulsion en impulsion jusqu'à ce que la tension UN ait dépassé lesdites valeurs de seuil de repos supérieure et inférieure respectivement. La figure 7 correspond à la figure 1, sauf que le constituant semi-conducteur FP est connecté à une source de tension continue à courant constant I,de sorte qu'il existe une tension U commandée magnétiquement à la sortie OP du var dispositif régulateur actif, dont la caractéristique U f (B6) pour une induction B & positive et négati-ve dans var l'entrefer, est représentée sur la figure 9, ladite caractéristique étant obtenue conformément aux indications de la figure 3 et de l'équation U =I.R. var La figure 8 représente un dispositif régulateur selon l'invention à la sortie OP duquel existe une tension variable U qui est formée par un générateur à effet Hall HG connec var té à une source de courant I, et qui est utilisée au lieu de la palette d'induction FP du dispositif régulateur selon la figure 7. La figure 10 représenté une caractéristique de la valeur de la tension variable U d'un tel générateur à ef var fet Hall, connu en soi, en fonction de l'induction dans l'en- trefer du dispositif. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif régulateur comprenant un constituant semiconducteur à commande magnétique et un circuit magnétique comportant un matériau fortement magnétique et un entrefer dans lequel est disposé ledit constituant, dispositif caractérisé par le fait que, pour la régulation des propriétés influencées magnétiquement dudit constituant, le circuit magnétique comprend une bobine de commande connectée à une source d'impulsions individuelles de courant continu qui, en fonction de liamplitude et du sens'du courant continu, magnétise et démagnétise respectivement ledit matériau fortement magnétique de sorte que l'intensité du champ magnétique rémanent dudit entrefer soiyrespectivement augmentée ou diminuée. 2. Dispositif régulateur selon la revendication 1 dans lequel le constituant semi-conducteur est constitué par une palette sensible à un champ magnétique. 3. Dispositif régulateur selon la revendication 1 dans lequel le constituant semi-conducteur est un générateur à effet Hall. 4. Dispositif régulateur selon la revendication 1 dans lequel la source d'impulsions individuelles comprend une source de courant continu qui, par l'intermédiaire d'un inverseur de polarité ayant également une position de repos, est connectée à un diviseur de tension dont la sortie de tension ajustée constitue la sortie de la source d'impulsions. 5. Dispositif régulateur selon la revendication 4 dans lequel le diviseur de tension est remplacé par un circuit série résistance-capacité et un convertisseur d'impédance, le circuit série étant connecté à I'inverseur de polarité et l'entrée du convertisseur d'impédance étant connectée à la capacité et sa sortie étant connectée à la sortie de la source d'impulsions, de sorte que la charge de la source d'impulsions constituée par ltenroulement de commande n'a qulune faible influence sur la fraction de tension existant sur la capacité. 6. Dispositif régulateur selon l'une des revendications 4 et 5, renfermant un circuit de base de temps destiné à actionner l'inverseur de polarité afin de connecter la source de tension continue au diviseur de tension pendent un temps défini. 7. Dispositif régulateur selon la revendication 5, dans lequel la source d'impulsions renferme un organe d'analyse de niveau dont l'entrée constitue l'entrée de la source d'impulsions et qui amène l'inverseur de polarité à sa première et à sa seconde position active , respectivement, selon que la tension d'entrée de la source est plus élevée et plus faible, respectivement, qu'une tension de seuil de fonctionnement supérieure et inférieure, respectivement, et ramène ledit inverseur de polarité à sa position de repos selon que la tension d'entrée est respectivement inférieure ou supérieure à une tension de seuil de repos supérieure ou inférieure respectivement et correspondant à ladite tension de seuil de fonctionnement supérieure ou inférieure respectivement. 8. Dispositif régulateur de niveau de tension à fonctionnement automatique, destiné à réguler une tension continue de façon que cette dernière soit inférieure à une tension limite supérieureret supérieure à une tension limite inférieure, comprenant un dispositif régulateur selon la revendication 7, caractérisé en outre par le fait que le constituant semi-conducteur agit en tant qu'organe de régulation pour ladite tension continue qui est envoyée sur l'entrée de la source d'impulsions, que la tension de seuil de fonctionnement supérieure et inférieure, respectivement, est égale à ladite tension limite supérieure et inférieure respectivement et que la sortie du convertisseur d'impédance est connectée à la sortie de la source d'impulsions par l'intermédiaire d'un commutateur à fonctionnement périodique.