Brevet FR2171901A1 — publié le 19730928

La présente invention se rapporte aux dispof esvlnes à faire avancer des bulles magnétiques dans une plaquette d'orthoferrite ou de grenat. Il existe un certain nombre de dispositifs propulseurs de bulles magnétiques qui utilisent des motifs en permalloy déposés sur les faces d'une plaquette ; la progression pas à pas des bulles magnétiques peut autre assurée, soit par la rotation d'un champ magnétique contenu dans le plan de la plaquette, soit par la pulsation alternée du champ magnétique de polarisation de la plaquette. D'autres dispositifs propulseurs de bulles magnétiques comportent des boucles conductrices parcourues par des impulsions de courant convenablement décalées dans le temps ; ces boucles conductrices peuvent autre associées à des motifs en permalloy pour obtenir un mode de propulsion mixte. Les propulscurs de bulles magnétiques basés sur la commande par champ magnétique mettent en oeuvre des enroulements inducteurs couplés à des moyens d'excitation relativement complexes. Ceux qui sont fondés sur la commande par impulsions de courant se signalent par un grand nombre de connexions électriques et des moyens d'excitation dont la réalisation et le raccordement s'avèrent délicats. Pour pallier ces inconvénients, la présente invention propose un propulseur de bulles magnétiques à deux conducteurs repliés alimentés respectivement par deux sources de courant variable ; la fréquence et le décalage temporel des deux courants de propulsion déterminent sans ambiguité la vitesse et le sens du cheminement des bulles magnétiques ; en outre, cette vitesse de propulsion est sen siblement plus régulière qu'avec les propulseurs de bulles de type connu. L'invention a pour objet un propulseur de bulles magnétiques suivant au moins un chemin de propagation contenu à l'intérieur d'une plaquette de matériau magnétique polarisée transversalement par rapport à ses faces, comprenant : des moyens générateurs de courants électriques associés à des moyens conducteurs faisant circuler lesdits courants parallèlement auxdites faces, caractérisé en ce que lesdits moyens conducteurs comprennent un premier conducteur ondulé recoupant successivement ledit chemin à des intervalles sensiblement égaux et un second conducteur ondulé recoupant successi- veinent ledit chemin à l'intérieur desdits intervalles ; lesdits moyens générateurs comprenant des première et seconde sources faisant circuler, respectivement dans lesdits premier et second conducteurs ondulés, des premier et second courants de propulsion variables ; la variation dudit premier courant étant choisie en fonction de celle dudit second courant de façon que la force de propulsion desdites bulles conserve le même signe et ne s'annule en aucun point dudit chemin. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ciaprès et des figures annexées, parmi lesquelles La figure 1 représente une vue isométrique éclatée d'un propulseur de bulles magnétiques suivant l'invention. Les figures 2 et 3 sont des diagrammes explicatifs d'un premier mode d'excitation du dispositif de la figure 1. Les figures 4 et 5 sont des diagrammes explicatifs d'un second mode dtexcitation du dispositif de la figure 1. Les figures 6 et 7 illustrent deux autres modes d'excitation du dispositif de la figure 1. La figure 8 est une figure explicative. La figure 9 est une vue en plan d'une variante de réalisation du dispositif de la figure 1. Suz la figure 1, on peut voir une plaquette 1 de matériau magnétique du type orthoferrite ou grenat. Ce matériau est polarisé transversalement par un champ magnétique dirigé suivant l'axe OZ d'un trièdre de référence OXYZ p les axes OX et OY du trièdre définissent un plan parallèle aux grandes faces de la plaquette 1, dans lequel des domaines magnétiques cylindriques 10 peuvent se déplacer en tous sens.Les domaine.10, dénommés "bulles magnétiques", ont une paroi cylindrique dont le diamètre 2R est fonction du matériau magnétique constituant la plaquette et de l'intensité du champ de polarisation uniforme existant dans toute son étendue 2 en pratique, les bulles magnétiques peuvent avoir un diamètre compris entre quelques microns et quelques centaines de microns et, à titre d'exemple non-limitatif, elles sont représentées sur la figure 1 avec une hauteur h égale à leur diamètre 2R. Cette hauteur h représente bien entendu l'épaissrur de la plaquette 1. Sur la face supérieure de la plaquette 1, on a représenté par une ligne en trrit mixte 9 l'un des chemins suivant lesquels on désire propulser les bulles magnétiques 10. On peut montrer que pour déplacer une bulle magnétique 10 dans la direction de l'axe OX, il faut que cette bulle soit soumise à l'action d'une composante de champ magnétique Hz (x, y, ) non-uniforme suivant OX. On peut montrer que ce champ exerce sur la bulle en question un effort proportionnel au champ de propulsion F donnée par la relation suivante Cette relation exprimée dans le système M.K.S.A. fait intervenir l'abscisse x dt centre de la bulle, son rayon R, le champ coercitif Hc de déplacement de celle-ci, et l'intensité moyenne Hz (x) du champ magnétique évaluée par une intégration sur la hauteur h de la bulle. L'intensité moyenne Hz (x) est donnée par l'expression Le terme 8 Hc de la relation précédente traduit le seuil de résistance qutil faut dépasser pour que la bulle puisse se déplacer dans le plan XOY ; dès que cette résistance est surmontée, le mouvement de la bulle obéit en première approximation à la loi v = /u.F où v représente la vitesse de déplacement de la bulle et /u la mobilité de la bulle. Conformément à l'invention, le champ de propulsion y est créé au moyen d'un champ magnétique induit par deux conducteurs ondulés 4 et 5 qui recoupent successivement le chemin 9 à intervalles réguliers. A titre d'exemple non-limitatif, le conducteur 4 est déposé sur la face inférieure d'un premier support isolant 2, tandis que le conducteur 5 est déposé sur la face supérieure d'un second support isolant 3. En cours d'utilisation, les supports 2 et 3 sont amenés en contact avec les faces de la plaquette 1. il va sans dire que les conducteurs 4 et 5 peuvent autre déposés sur les faces de la plaquette I qui joue lors le r81e de support. On peut également fabriquer les conducteurs à partir d'un circuit imprimé multicouches amené en contact avec l'une des faces de la plaquette 1. Sur la figure 1, les conducteurs 4 et 5 sont constitués par des bandes conductrices de largeur 28 dont les portions rectilignes orien tées parallèlement à OY forment deux réseaux imbriqués de pas X Les portions rectilignes du conducteur 4 se projettent à l'aplomb des intervalles qui séparent les portions rectilignes du conducteur 5. Le propulseur de bulles de la figure 1 comporte des sources de courants de propulsion 6 et 7 destinées à exciter respectivement les conducteurs ondulés 4 et 5. A titre d'exemple non-limitati#, le propulseur de bulles de la figure 1 peut autre réalisé en vue de propulser dans une plaquette de 50 microns d'épaisseur des bulles ayant un rayon de 50 microns ; la plaquette 1 peut être taillée dans un orthoferrite d'Yttrium ayant une mobilité /u égale à 2500 cm/s/oersted. La description des différents modes de fonctionnement du propulseur de bulles de la figure 1 s'applique aux deux directions de déplacemarit suivant l'axe OX. Etant donné ce fonctionnement reversible, le propulseur de bulles à deux fils est parfaitement adapté à la réalisation de registres à décalage ou de boucles circulantes utilisables notamment pour le comptage et le décomptage de trains d'impulsions. Le fonctionnement du propulseur de bulles magnétiques repose sur les distributions de champ magnétique Hz (x, y, z) créés dans la plaquette sous l'action des courants de propulsion I1 et I2, que l'on fait circuler respectivement dans les conducteurs 4 et 5. Si l'on considère que les portions rectilignes du conducteur 4 sont infiniment longues suivant OY, c'est-à-dire, en négligeant les boucles terminales de raccordement, on peut montrer que le champ de propulsion F est défini au premier ordre par les relations F(x) = F(M) Cos avec Ces relations supposent que le conducteur ondulé recoupe l'axe OX aux abscisses -p X, ..., - 2 X - h, O, X , + 2 X et qu'il est parcouru par un courant I. La dernière de ces relations, lorsqu'on l'applique numérique ment au cas où 1 = R , Z h = R et X = 4R, donne 2 F (M) x R X 0,78 Dans le cas de bulles ayant un rayon R de 50 microns, on obtient: F (M) = 156 I avec F en oersted et I en ampère. Sur la figure 2, on peut voir en (b) une vue nn coupe de la plaquette 1 et des conducteurs 4 et 5 qui constituent lc propulseur de la figure I ; la bulle 10 est représentée en coupe par un domaine rectangulaire polarisé en sens contraire des régions hachurées de la plaquette 1. Le diagramme représenté en (a) sur la figure 2 donne les distributions du champ propulseur FM pour quatre cas d'alimentation en courant continu des conducteurs 4 et 5.Les sinusoïdes il et 12 dessinées en pointillé représentent respectivement les variations du champ propulscur FM le long de l'axe OX, lorsque le conducteur 4 est traversé par un courant continu de propulsion ayant,soit la valeur + I1, soit la valeur - Les cosinusoides 14 et 13 représentent respectivement les variations du champ propulseur FM, lorsque le conducteur 5 est traversé par un courait continu de propulsion ayant soit la valeur I2, soit la valeur - I2. En considérant l'une des quatre courbes, on voit que le passage d'un courant continu dans l'un des deux conducteurs 4 ou 5 aura pour conséquence de limiter la propulsion de la bulle 10 à l'intervalle 2 qui correspond à une arche de sinusoïde ; en effet, l'effort moteur s'annule à chaque demipériode. Afin d'obtenir une propulsion ffinDLterrompue de la bulle magnéti que, l'invention prévoit d'appliquer aux conducteurs 4 et 5 des courants de propulsion variables. Selon un premier mode d'excitation conforme à l'invention, les courants de propulsion I1 et I2 circulant respectivement dans les conducteurs 4 et 5 sont des courants en créneaux tels que représentés sur les diagrammes (a) et (b) de la figure 3. Si l'on se reporte à la figure 2, on voit que pour entretenir la propulsion de la bulle magnétique, il faut qie le champ propulseur FM conserve une valeur élevée, quelle que soit la position de la bulle le long de l'axe OX.Ce résultat est obtenu lorsqu'on fait varier le champ FM suivant une loi de propulsion constituée par les crantes AB, SC, CD ... GH des courbes 11, 12, 13 et 14. En réunissant ces crdtes, on obtient la courbe de propulsion représentée en trait plein sur la figure 2 ; pour l'obtenir, il faut appliquer aux conducteurs les trains d!impulsions (a) et (b) de la figure 3. En vue d'établir clairement la correspondance entre les figures 2 et 3, les références AB, SC, CD ...GH désignent à la fois les impulsions de courant et# les arches successives du champ propulseur FM. il y a lieu de noter que la durée des impulsions représentées sur la figure 3 peut excéder le temps mis par la bulle pour franchir la distance correspondant à l'une des arches en trait plein de la figure 2 ; en outre, rien n'empoche de prévoir des temps d'arrêt entre les impulsions de propulsion successives. Le mode de propulsion qui vient entre décrit consiste à exciter alternativement le conducteur 4 et le conducteur 5. il est également possible d'exciter simultanément les conducteurs 4 et 5 avec une phase de recouvrement. Sur la figure 5, on a représenté un mode d'excitation suivant lequel les conducteurs 4 et 5 sont respectivement parcourus par des impulsions de courant I1 et 12 qui coincident partiellement dans le temps. Sur la figure 4, on voit en (a) la courbe de propulsion qui résulte de ce mode d'excitation. Cette courbe tracée en trait plein représente le champ de propulsion FM ; elle est composée d'arches AB, CD, EF et GH correspondant à l'excitation d'un seul conducteur et d'arches intermédiaires EC, DE, FG, qui correspondent à une excitation simultanée des conducteurs 4 et 5. L'excitation simultanée a lieu dans la phase de recouvrement des impulsions li et 12 représentées en (a) et (b) sur la figure 5. Dans les modes d'excitation précédemment décrits, les courants de propulsion ont la forme de trains d'imgulsions ; l'entretien du champ propulseur FM est obtenu par une inversion périodique des courants Ij et I2 qui circulent dans les conducteurs 4 et 5 confor mément aux diagrammes temps (a) et (b) des figures 3 ou 4. Sur la figure 6, on peut voir un troisième mode d'excitation des conducteurs 4 et 5 qui consiste à faire circuler dans le conducteur 4 un courant Iî sinusoïdal et dans le conducteur 5 des impulsions de courant 12. A chaque changement de signe du courant Ij représenté en (a) sur la figure 6, on applique une impulsion de courant I2 dont la forme est représentée en (b). Sur la figure 7, on peut voir un quatrième mode d'excitation des conducteurs 4 et 5. Il fait appel à des courants de propulsion I1 et 12 sinusoidaux et en quadrature de phase ; ceux-ci sont représentés en (a) et (b) sur la figure 7. Lorsqu'on adopte un régime sinusoidal de propulsion, la fréquence f des courants de propulsion est limitée, car il faut tenir compte de la mobilité /u de la bulle magnétique qui n'est pas infiniment grande. Sur la figure 8, on a représenté le diagramme du champ de propulsion FM en fonction de l'abscisse x de la bulle magnétique. Les cosinusoides en trait mixte se rapportent aux distributions du champ de propulsion, qui sont obtenues lors du passage dans chaque sens d'un courant continu I dans l'un des conducteurs de propulsion.La distance OK représente l'étendue d'une demi-arche de cosinusoide et correspond au quart du pas X des ondulations du conducteur, Une bulle magnétique peut évoluer entre les abscisses x = + \/4 avant de rencontrer une force nulle ; de plus, lorsque son déplacement a lieu entre les points E1 et EO, elle est soumise à un champ de propulsion FM restant compris entre A et , où A représente la valeur de crotte de ce champ. En substituant au courant continu d'excitation, un courant sinusoidal de pulsation w, la loi du mouvement de la bulle peut se mettre sous la forme dx =/u.A.cos 2 #x cos wt. dt Par intégration, on trouve la relation suivante log, tg #)= ### /u.A sin wt qui permet de calculer le temps mis par la bulle pour parcourir un trajet déterminé sous l'influence d'un courant de propulsion sinusoidal. Si l'on applique cette relation au temps t mis par la bulle pour passer de l'abscisse x = 0 à l'abscisse x =---- elle peut s'écrire : 0.88 = 4,88 ## w sin Cependant, comme le premier membre de cette relation est obligatoirement inférieur ou égal à l1unité et compte tenu du fait que la w fréquence f du courant d'excitation est égale à 2ws ,on obtient, la condition f 0,88 A En -introduisant dans cette formule les valeurs numériques pré- cédemment choisies, on trouve une limite supérieure de fréquence voisine de 2 Megahertz, lorsqu'on adopte une intensité de crête A égale à 0,1 ampère. Avec des conducteurs de propulsion ondulés ayant un pas de 200 microns, un registre destiné à emmagasiner un million de bulles de 50 microns de rayon, présente une longueur totale de 200 mm ; si l'on admet que la fréquence des courants de propulsion est égale à 2 Mhz, le temps de circulation d'une bulle. dans le registre est voisin de la demi milliseconde. Une capacité de traitement de deux millions de bits d1 information par seconde est donc réalisable en régime sinu soldat ; des performances analogues sont possibles lorsque les courants de propulsion sont constitués par des signaux en créneaux, En ce qui concerne la propulsion des bulles magnétiques les deux conducteurs ondulés 4 et 5 de la figure 1 s'avèrent suffisants. Cependant, pour que les bulles empruntent le chemin 9, les conducteurs de la figure 1 ont leurs portions rectilignes disposées perpendiculairement à ce chemin. Cette disposition a pour but d'obtenir le champ de propulsion F le plus grand suivant le chemin 9, afin que les bulles n'aient pas tendance à s'en écarter. L'existence d'un seuil de propulsion favorise le déplacement des bulles perpendiculaire- ment aux portions rectilignes des conducteurs 4 et 5. Lorsqu'on augmente l'intensité du courant de propulsion pour faire avancer rapidement les bulles magnétiques, l'effet de guidage résultant du seuil de propulsion perd de son importance et il y a lieu de prendre des mesures pour obtenir une meilleure précision de guidage. L'une de ces mesures consiste à matérialiser le chemin de propulsion 9 à l'aide d'une bande de matériau ferromagnétique. C'est ce qui est représenté sur la figure 1, où l'on peut voir sur la face supérieure de la plaquette 1 une bande 8 de permalloy destinée au guidage de l'une des bulles tO. Cette tecirnique ménage dans la plaquette une zone privilégiée de déplacement des bulles magnétiques. Cette zone peut également être matérialisée par une série de plots en permalloy substitués à la Lande 8. Pour améliorer le guidage des bulles magnétiques, on peut également modifier la forme des conducteurs de propulsion. Sur la figure 9, on peut voir une plaquette t d'orthoferrite équipée de conducteurs de propulsion 4 et 5 dont l'agencement général ressemble à celui qui a été esquissé sur la figure 1. Afin que les bulles 10 se déplacent suivant les chemins de propulsion 9, on a donné aux conducteurs 4 et 5 une forme particulière en dents de scie. Cette disposition favorise le maintien de la bulle 10 sur son chemin de propulsion 9. Chaque conducteur est formé par la mise en série de tronçons sinueux qui recoupent les chemins de propulsion 9 à intervalles réguliers A; les sinuosités composant lesdits tronçons sont agencées de façon à entourer partiellement les bulles situées immédiatement en aval des points de recoupement qu'ils ont avec les chemins de propulsion. Sur la figure 9, chaque sinuosité épouse la forme d'un chevron ayant pour bissectrice le chemin de propulsion qu'il recoupe ; cette forme permet de concentrer sur la bulle à propulser de gauche à droite, les actions du courant de propulsion parcourant ledit chevron. Bien entendu, la sinuosité en forme de chevron représentée sur la figure 9 ntest nullement limitative ; on pourrait adopter une forme incurvée ayant sa concavité tournée vers la portion aval du chemin de propulsion ; dans ce cas, chaque tronçon sinueux épouserait la forme d'une sinusorde au lieu de se présenter sous la forme d'une ligne en chevrons. REVENDICATIONS 1. Propulseur de bulles magnétiques suivant au moins un chemin de propagation contenu à l'intérieur d'une plaquette de matériau magnétique polarisé transversalement par rapport à ses faces, comprenant des moyens générateurs de courants électriques associés à des moyens conducteurs faisant circuler lesdits courants parallèlement auxdites faces, caractérisé en ce que lesdits moyens conducteurs comprennent un premier conducteur ondulé recoupant successivement ledit chemin à des intervalles sensiblement égaux et un second conducteur ondulé recoupant successivement ledit chemin à l'intérieur desdits intervalles ; lesdits moyens générateurs comprenant des première et seconde sources faisant circuler respectivement dans lesdits premier et second conducteurs ondulés, des premier et second courants de propulsion variables ; la variation dudit premier courant étant choisie en fonction de celle dudit second courant, de façon que la force de propulsion desdites bulles conserve le mame signe et ne s'annule en aucun point dudit chemin. 2. Propulseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second conducteur ondulé recoupe ledit chemin au milieu desdits intervalles. 3. Propulseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits conducteurs ondulés est constitué par la mise en série de tronçons rectilignes équidistants dans lesquels les sens de circulation desdits courants de propulsion sont alternés ; lesdits tronçons rectilignes recoupant perpendiculairement ledit chemin de propagation. 4. Propulseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits conducteurs ondulés est constitué par la mise en série en tronçons sinueux équidistants dans lesquels les sens de circulation desdits courants de propulsion sont alternés ; lesdits tron çons sinueux comprenant au moins une sinuosité recoupant ledit chemin de propagation et ayant sa concavité tournée vers la portion aval dudit chemin. 5. Propulseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premier et second courants de propulsion variables sont respectivement constitués par des premier et second trains d'impulsions isochrones rectangulaires alternativement positives et négatives. 6. Propulseur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les impulsions contenues dans l'un desdits trains sont émises dans l'intervalle de temps séparant les instants d'émission de deux impulsions successives de l'autre train. 7. Propulseur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits trains sont composés d'impulsions dont les fronts de montée coïncident dans le temps et dont les fronts de descente sont décalés dans le temps. 8. Propulseur suivant la revendication I, caractérisé en ce que ledit premier courant de propulsion est un courant alternatif ; le second courant de propulsion étant un train dtimpulsions isochrones rectangulaires alternativement positives et négatives dont la fréquence de récurrence est égale à la fréquence dudit courant alternatif ; lesdites impulsions étant émises à chaque changement de signe dudit courant alternatif. 9. Propulseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits courants de propulsion sont des courants alternatifs synchrones en quadrature de phase. 10. Propulseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits conducteurs ondulés sont respectivement constitués par des bandes conductrices ondulées déposées sur des supports isolants ~ lesdits supports et ladite plaquette étant solidaires les uns des autres. 11. Propulseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaquette est munie de moyens de guidage en matériau magnétique à haute perméabilité disposés suivant ledit chemin de propagation.