Brevet FR2130216A1 — publié le 19721103

La présente invention se rapporte à un dispositif de réglage du courant électrique, tel qu'un oscillateur de courant, un dispositif électrique de chauffage, et un dispositif de limitation du courant. 5 Dans les dispositifs de réglage du courant de la techni que antérieure, il est nécessaire de disposer d'un élément de réglage tel qu'un thermostat comportant un contact électrique. Cependant, le fonctionnement d'un tel contact électrique qui fonctionne sous l'effet des variations de température est susceptible de se 10 détériorer, et le contact cessera finalement de fonctionner. Des dispositifs de réglage du courant n'ayant aucun contact électrique ont été récemment construits en utilisant des composants à semiconducteurs, tels qu'un thyristor ou un transistor de commutation. Cependant, ces dispositifs sont onéreux, car ils nécessitent un 15 circuit complexe comportant des composants électroniques chers. Des dispositifs de réglage du courant électrique ont été proposés, utilisant une thermistance possédant un coefficient de température positif de leur résistance électrique, appelée également thermistance "PTC". Comme il a été décrit, par exemple dans le brevet amé-20 ricain n° 3.2351.552, la thermistance possède une température spécifique au-dessus de laquelle la résistance électrique possède un coefficient de température positif. Ainsi, la température spécifique peut servir de température de commutation, et la thermistance peut régler le courant la traversant, lors d'un changement de tem-25 pérature, depuis une température inférieure à la température spécifique jusqu'à une température supérieure à cette température spécifique, ou vice-versa. Il est cependant difficile de construire un dispositif de réglage du courant, tel qu'un oscillateur de courant, avec une telle thermistance, du fait qu'un équilibre ther-30 mique est établi entre la température de la thermistance et celle de l'objet devant être chauffé. De plus, un dispositif de réglage classique comportant une thermistance nécessite que le courant devant être réglé traverse la thermistance. Ainsi, le courant devant être réglé est limité à une valeur faible, car les thermistances 35 classiques ont une faible conductivité thermique, et ne répondent pas rapidement à une variation de la température de l'objet devant être chauffé. Un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de réglage du courant sans contact électrique. 40 Un autre objet de la présente invention est de fournir 72 08860 2130216 un dispositif de réglage du courant permettant un passage intermittent du courant, à des intervalles de temps choisis. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif de réglage de courant sensible à une modification du 5 courant jusqu'à une valeur du courant située en dehors d'une gamme prédéterminée de courants. Ces objets sont atteints en prévoyant un dispositif de réglage du courant selon la présente invention, qui comporte une thermistance dont la résistance électrique varie en fonction de 10 la température, des moyens de rayonnement de l'énergie calorifique thermiquement couplés à la thermistance, et des moyens de réglage destinés à amener les moyens de rayonnement calorifique en contact thermique avec la thermistance afin de régler la température de cette dernière selon une boucle de contrei-réaction, en fonction 15 des variations de la résistance électrique de cette thermistance au-delà d'une résistance électrique critique. La présente invention sera bien comprise par la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels : 20 La figure 1 est un schéma électrique du dispositif de ré glage de courant selon la présente invention. La figure 2 est un autre schéma électrique du dispositif de réglage de courant selon la présente invention. La figure 3 est un schéma électrique d'un dispositif de 25 chauffage électrique utilisant le dispositif de réglage de courant selon la présente invention. La figure 4 est un schéma électrique d'un dispositif fonctionnant en tout-ou-rien, destiné à l'éclairage des feux de signalisation, utilisant le dispositif de réglage de courant selon 30 la présente invention. La figure 5 est un schéma électrique d'un oscillateur de courant utilisant le dispositif de réglage de courant selon la présente invention. La figure 6 est un schéma électrique d'un autre oscilla-35 teur de courant utilisant le dispositif de réglage de courant selon la présente invention ; et La figure 7 est un schéma électrique d'un limiteur de courant utilisant le dispositif de réglage de courant selon la présente invention. 40 La thermistance utilisée dans la présente invention est /2 03860 ^ 2130216 une résistance dont la valeur de la résistance électrique augmente ou diminue de manière notable en fonction d'une augmentation de la température. Pour la commodité de 1'explication, une thermistance dont la résistance croît est appelée une thermistance "PTC", c'est-5 à-dire une thermistance possédant un coefficient de température positif de la résistance électrique, et une thermistance dont la résistance décroît est appelée une résistance "NTC", c'est-à-dire -ane thermistance possédant un coefficient de température négatif de la résistance électrique. Un matériau céramique comportant du 1C titanate de baryum dopé avec un élément de terre rare peut être utilisé comme thermistance "PTC". Une thermistance classique comportant, par exemple, de l'oxyde de nickel, de l'oxyde de cobalt et de l'oxyde de manganèse, peut être utilisé comme thermistance NTC. 15 - ^ dispositif de rayonnement calorifique utilisé dans la présente invention sert à faire diminuer la température de la thermistance lorsque celle-ci dépasse une température critique durant son échauffement, où à faire diminuer la température de la thermis-20 tance lorsque celle-ci caisse en dessous de la température critique durant son refroidissement. La première action peut être obtenue en mettant par exemple un matériau froid en contact thermique avec une thermistance chaude. La seconde action peut être obtenue en mettant par exemple en contact thermique un matériau chaud avec une thermistance froide. Ces actions peuvent également être obte-25 nues par des commandes de fourniture d'énergie thermique et des commandes d'arrêt de cette énergie, telle qu'une lumière infrarouge. La température de la thermistance en cours de refroidissement peut être augmentée en illuminant la thermistance par une lumière infrarouge. La température d'une thermistance en cours d'échauffement 30 peut être diminuée de la manière suivante : la thermistance est normalement chauffée à la fois par un courant électrique la traversant, et par l'illumination par une lumière infrarouge. La température de la thermistance en cours d'échauffement diminue lorsque l'on éteint la lumière infrarouge. 35 Ainsi quril apparaît dans l'explication précédente, le dispositif de rayonnement calorifique a un effet inverse de la loi de température de la thermistance. En d'autres termes, la température de la thermistance est réglée par contre-réaction grâce au dispositif du rayonnement calorifique. 4c Comme va sur la figure 1, les bornes 1 sont agencées pour 72 08860 4' 2130216 pouvoir être reliées à une source de courant extérieur, et sont reliées à un circuit en série comportant une thermistance "PTC" 2, un solénoîde 3 et une charge 4. Une plaque de rayonnement calorifique 5 est maintenue, au moyen de ressorts 6, en contact thermi-5 que avec la thermistance "PTC" lorsqu'un courant électrique traversant le solénoîde 3 est inférieur à une valeur critique. Lorsque le courant traversant ce solénoîde 3 augmente au-dessus de cette valeur critique, la plaque est attirée par le solénoîde s* opposant à la force exercée par les ressorts 6. Le courant traversant 10 le solénoîde 3 est déterminé par la résistance électrique de la thermistance "PTC" 2. Le courant critique est déterminé par la force de rappel des ressorts 6, le poids de la plaque de rayonnement calorifique 5, et la conception du solénoîde 3. Au moment où les bornes 1 sont reliées à la source extérieure de courant, la 15 plaque de rayonnement calorifique 5 est en contact thermique avec la thermistance 2, du fait de la force de rappel des ressorts 6. Dès que le courant augmente au-dessus de la valeur critique, la plaque 5 est attirée par le solénoîde 3, en s'opposant à la force exercée par les ressorts 6, et se sépare de la thermistance 'PTC" La plaque 20 5 rappelée n'a plus d'effet sur le rayonnement calorifique, et provoque ainsi l'élévation de la température de la thermistance 2 au-dessus de la température critique. L'élévation de la température provoque une augmentation dans la résistance électrique de la thermistance "PTC", et la décroissance du courant qui en résulte réduit 25 l'intensité du champ magnétique du solénoîde 3- Ensuite, la force attractive du solénoîde 3 devient plus faible que la force de rappel des ressorts 6, et la plaque 5 est de nouveau amenée en contact avec la thermistance 2 par les ressorts 6, et, par son rayonnement calorifique, abaisse la température de cette thermistance "PTC" 2 30 au-dessous de la température critique. Ce cycle se répète automatiquement, et le courant traversant le circuit oscille à une fréquence déterminée par les caractéristiques de la thermistance, du solénoîde et des ressorts. Un exemple de réalisation du dispositif de réglage du 35 courant électrique selon la présente invention sera expliqué en se référant à la figure 1. Un solénoîde 3 comporte un enroulement de 100 spires enroulées sur un noyau de fer de 10 mm de diamètre et de 30 mm de longueur. Une charge 4 est constituée par une lampe de 3 W sous 40 une tension de 6 V. Une thermistance "PTC" 5 a les dimensions i 72 08860 2130216 1 x 1 x 0,3 mm et comporte une résistance électrique de 11,5 ohms à la température ambiante. La température de commutation est de 120 °C. Un circuit série comportant la lampe, le solénoîde et la thermistance "PTC" est branché à une source de courant continu de 5 6 V. Une plaque en fer 5 de rayonnement calorifique a les dimensions : 10 x 10 x 5 mm, et est montée de manière amovible entre le solénoîde et la thermistance "PTC". Un courant traversant ce circuit série oscille entre 20 mA et 500 mA, à des intervalles espacés de 2 secondes, selon un mouvement de va-et-vient de cette pla-10 que de rayonnement calorifique entre le solénoîde et la thermistance "PTC". En se référant à la figure 2 dans laquelle des références identiques indiquent des composants similaires à ceux de la figure 1, on voit un circuit série comportant une charge 4, une 15 thermistance "PTC" 2 et un solénoîde 3, connecté aux-bornes 1 reliées à une source extérieure d'énergie électrique. Une lampe 8 destinée à rayonner de l'énergie calorifique est branchée en parallèle sur ce circuit série. Un obturateur 13 relié au solénoîde, est placé entre la lampe 8 et la thermistance 3, lorsque le sole- . 20 noïde n'est pas complètement excité. Lorsque le courant traversant ce solénoîde 3 est inférieur à line valeur critique, l'obturateur reste en position intermédiaire entre la lampe 8 et la thermistance 2, c'est-à-dire est fermé, afin d'empêcher le rayonnement d'énergie calorifique sur la thermistance "PTC". Lorsque le courant 25 traversant le solénoîde 3 est supérieur à la valeur critique, la force magnétique exercée par le solénoîde 3 déplace l'obturateur depuis sa position située entre la lampe 8 et la thermistance 2, c'est-à-dire que l'obturateur s'ouvre, permettant le rayonnement de l'énergie calorifique sur la thermistance "PTC". Un tel obtura-30 teur peut être réalisé par n'importe quel procédé approprié bien connu de la technique antérieure. Un rayonnement d'énergie calorifique résultant de, l'ouverture de l'obturateur 13 provoque l'élévation de la température de la thermistance "PTC", c'est-à-dire que la résistance électri-35 que de la thermistance "PTC" 2, augmente. Cette résistance électrique supérieure provoque une diminution du courant traversant le solénoîde 3. En conséquence, l'obturateur 13 se ferme et empêche le rayonnement d'énergie calorifique sur la thermistance "PTC" 2. Cette thermistance "PTC" se refroidit, et possède une résistan-40 ce électrique inférieure, dont il résulte un courant plus important 72 08860 6' 2130216 traversant le solénoîde 3- Ce courant plus important provoque l'ouverture d° l'obturateur 13. Ces processus se répètent automatiquement, et la charge 4 est mise en jeu de manière intermittente. En se référant à la figure 3, un dispositif de chauffage 5 17 et une première thermistance "PTC" 18 sont connectés dans un premier circuit série 15. Un solénoîde 19, une seconde thermistance "PTC" 20 et une résistance variable 21 sont connectées en série dans un second circuit 16. Cette thermistance 20 est en contact thermique avec un objet 22 devant être chauffé par le dispositif 10 de chauffage 17. Le premier circuit série 15 et le second circuit série 16 sont connectés en parallèle, et sont tous deux connectés aux bornes 14. Une plaque 23 de rayonnement calorifique est montée de manière amovible en face de la première thermistance "PTC" 18, sur des ressorts 24 qui la repoussent normalement en direction du 15 solénoîde 19. Ce solénoîde 19 produit un champ magnétique lorsqu'un courant suffisamment grand traverse le second circuit série 16, et exerce une force répulsive sur cette plaque de rayonnement calorifique 23 de la thermistance 18. Lorsque cette plaque de rayonnement 23 est en contact thermique avec la thermistance 18, le courant 20 traversant le premier circuit série 15 est suffisamment grand pour chauffer l'objet 22. Le courant traversant le second circuit série 16 est suffisant pour maintenir le solénoîde excité, de manière à exercer une force répulsive sur la plaque 24, pour la maintenir en contact thermique avec la thermistance 18, contre-balançant la for-25 ce attractive exercée par les ressorts 24. La valeur du courant est réglée par la thermistance 20 en contact thermique avec l'objet 22. Lorsque la température de l'objet 22 monte au-dessus d'une valeur prédéterminée presque égale à la température de commutation de la thermistance 20, le courant traversant le second circuit série 30 16 décroît brutalement du fait de la caractéristique positive de température de la thermistance 20. Une diminution du courant réduit la force répulsive exercée sur la plaque de rayonnement 23, et les ressorts 24 séparent cette plaque 23 de la thermistance 18. Cette séparation arrête de manière importante le rayonnement calo-35 rifique de la thermistance 18, et la température de cette thermistance 18 augmente de sorte que le courant traversant le premier circuit série 15 décroît brutalement. Il s'ensuit que le dispositif de chauffage 17 arrête de chauffer l'objet 22. D'autre part, lorsque la température de l'objet 22 s'abaisse en dessous de la tempé-4-0 rature de commutation de la thermistance 20, le courant traversant 72 08860 7' 2130216 le second circuit série 15 augmente, et la force répulsive, produire par le solénoîde 19 déplace la plaque 23 en contact thermique avec la thermistance 18. Ensuite, la température de cette thermistance le décroît en dessous de la température de commutation, et 5 le courant traversant le premier circuit série 15 augmente. Finalement, le dispositif de chauffage 17 commence à chauffer l'objet 22. Ce cycle maintient la température de l'objet 22 dans une gamme de températures prédéterminée, dépendant de la température de commutation de la thermistance 2C et de la valeur de la résistance va-1C riable 21. Comme vu sur la figure 4, une source de courant 25 est reliée par l'intermédiaire d'un commutateur 26 à un circuit série comportant une thermistance "PTC" 27, un solénoîde 28 et une lampe 29. Un autre solénoîde 30, coaxial au solénoîde 23, est connecté à 15 l'une de ses extrémités au solénoîde 28, et à l'autre extrémité à une capacité 31 qui est elle-même connectée au point de jonction entre la lampe 29 et la source de courant 25. Une plaque de rayonnement calorifique 32 est montée de manière amovible entre la thermistance 27 et le solénoîde 28 sur des ressorts 6, qui, normalement, 20 poussent cette plaque 32 en contact avec la thermistance 27. Ce solénoîde 25 comporte un enroulement qui est enroulé en sens inverse de l'enroulement du solénoîde 3c. Lorsque le commutateur 26 est fermé, la plaque de rayonnement 32 est maintenue en contact thermique avec la tiiermistance 27 durant la période de charge de la ca-25 pacité 31, parce eue la force attractive produite par le solénoîde 28 est annulée par la force répulsive produite par le solénoîde 3C. Lorsque la charge est terminée, le courant ne traverse plus le solénoîde 30, mais continue à traverser la thermistance 27, le solénoîde 25 et la lampe 29. A ce moment, la force attractive produite 30 par le solénoîde 23 sépare la plaque de rayonnement 32 de la thermistance 27. Une élévation de température de la thermistance provoque une augmentation de la résistance électrique du fait de la caractéristique positive âe température, de la thermistance, et le courant .hut-e. A ce moment, un courant de décharge de la capacité 35 31 traverse le solénoîde 30 et la lampe 29. Ensuite, la force répulsive produite par le solénoîde 3e permet aux ressorts 6 d'attirer la plaque 32 contre la thermistance 27. Le contact thermique entre la plaque 32 et la thermistance 27 provoque une diminution de la température de cette thermistance, et le courant passe, chargeant 40 la capacité pl. Ce cycle produit une oscillation de courant traver- 72 0886G 213021 6 3ant la lampe 29. La fréquence d'oscillation eô'« le terminée principalement par la période de charge et de i-'charge de la capacité jjl. L'oscillation de courant allume et éteint la lame h des intervalles de 'temps égaux à cette fréquence. 5 La figure 5 représente un circuit à émetteur commun d'un transistor 35 de 'type npn dans lequel une thermistance "PTO" y-est insérée dans le circuit de base, un solénoîde 35 dans le circuit d'émetteur et une charge ~j>6 dans le circuit de collecteur, respectivement. Des sources de courant 37 et 3b sent insérées re> 10 pectivement dans le circuit collecteur et de base. Une plaque de rayonnement calorifique 39 montée de manière amovible sur des ressorts 6, est située entre cette thermistance 3^ le solénoîde 35. La force attractive produite par le solénoîde 35 déplace la plaque de rayonnement calorifique 39 en 1'éloignant de la thermis-15 tance , s'opposant à la force exercée par les ressorts 6. Un courant de base relativement important traverse le circuit de base lorsque la plaque 39 est en contact avec la thermistance y-\3 et il en résulte la conduction du transistor 33. D'autre part, un courant de base relativement faible passe lorsque cette plaque 39 20 n'est plus en contact avec la thermistance 34, et il en résulte que le transistor 33 est bloqué. L'état de conduction du transistor 54 est caractérisé par un courant important traversant le circuit d'émetteur, qui actionne le solénoîde 35.» et l'état de blocage de ce transistor est caractérisé par une diminution du courant qui désex-25 cite le solénoîde. La charge est mise en oeuvre de manière intermittente à des intervalles de temps choisis, et déterminés par la conception du circuit. Comme vu sur la figure 6, un solénoîde 4l et une thermistance "rITC" 42 sont insérés respectivement dans le circuit princi-30 pal et dans le circuit de gâchette d'un thyristor 40. La tension de gâchette provoquant l'allumage du thyristor 40 est déterminée par la résistance de la thermistance 42 en contact avec la plaque de rayonnement calorifique 43 qui est montée de manière amovible sur des ressorts 6 entre cette thermistance et ce solénoîde 4l. La ten-55 sien de gâchette obtenue'lorsque la plaque 43 est séparée de la thermistance 42 commute le thyristor 40 vers l'état de blocage. Une force attractive est produite par un courant traversant ce solénoîde 42 lers de l'état de conduction du thyristor 40, et sépare la plaque 43 de la thermistance 42, en contre-balançant l'action 40 des ressorts 6. Dans l'état de blocage du thyristor 40, la force 72 0886Q ^ 2130216 attractive est trop faible pour séparer la plaque 43 et la thermistance 42, et cette plaque 43 reste en contact avec cette thermistance 42. Ainsi, une oscillation de courant se produit dans le circuit principal de la figure 6. 5 Comme vu sur la figure J, une diode de Zener 44, un so lénoîde 45 et une charge 46 sont connectés en série. Une thermistance "îITC" 47 est reliée en parallèle au circuit série comportant la diode, le solénoîde et la charge. Une plaque de rayonnement calorifique 48 est montée de manière amovible sur des ressorts 6 en-1C tre la thermistance "NTC" 47 et le solénoîde 45, et est séparée de cette thermistance "NPC" par la force attractive du solénoîde 45 produite par un courant d'une valeur prédéterminée. De ce fait, lorsqu'un courant traversant la diode 44 et le solénoîde 45 augmente jusqu'à une valeur prédéterminée, la force attractive du solénoîde 15 45 sépare la plaque 48 de la thermistance 47. Ainsi, la résistance de la thermistance 47 diminue du fait de la caractéristique négative de température de la thermistance, et le courant se divise entre la diode 44 et la thermistance 47. Il s'ensuit que le courant traversant la diode 44 est réglé par l'action ci-dessus décrite. 20 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation"qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à 1'homme de 1'art. COPY 10. 72 08860 2130216 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de réglage de courant, caractérisé en ce qu'il comporte : une thermistance ayant une valeur de résistance électrique qui varie en fonction de la température ; un moyen de 5 rayonnement calorifique modifiable entre une position de contact thermique et une position de non contact thermique avec la thermistance ; et un moyen de réglage couplé au moyen de rayonnement calorifique, et sensible au courant traversant la thermistance, de manière à amener le moyen de rayonnement calorifique en contact 10 de rayonnement calorifique avec la thermistance, afin de régler la température de cette thermistance par contre-réaction, grâce aux variations de la résistance électrique de cette thermistance au-dessus d'une résistance électrique critique. 2 - Dispositif de réglage de courant selon la revendica-15 tion 1, caractérisé en ce que le moyen de rayonnement calorifique comporte une plaque de rayonnement calorifique, des moyens de maintien supportant de manière amovible cette plaque de rayonnement calorifique, afin d'autoriser son mouvement de contact et hors de contact thermique avec la thermistance, et en ce que le moyen de 20 réglage comporte un solénoîde connecté électriquement en série avec la thermistance. 5 - Dispositif de réglage de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de réglage comporte un solénoîde, et en ce que le moyen de rayonnement calorifique comporte 25 une source de lumière illuminant la thermistance, et un obturateur déplaçable depuis une position située entre la source de lumière et la thermistance et une position en dehors de la précédente, et vice-versa, et relié au solénoîde de manière à être actionné par ce dernier.