Brevet FR2214949A1 — publié le 19740819

La présente invention concerne un connecteur à couplage inductif pour le courant électrique alternatif. Jusqu'à pressent, les connexions électriques ont généralement été faites directement par des pièces conductrices qui sont amenées en contact physique, par exemple des parties maies et femelles d'un connecteur qui sont assemblées pour établir une connexion. Mais les connecteurs de ce type présentent un certain nombre d'inconvénients, comme par exemple la formation d'étincelles, le risque d'électrocution, et l'impossibilité d'utilisation sous l'eau. La présente invention élimine ces inconvénients grâce à un connecteur à couplage inductif. Sous ses aspects les plus larges, l'invention concerne un connecteur à couplage inductif pour le courant électrique alternatif ou pulsé, et comprenant une première partie dans laquelle au moins un enroulement est bobiné sur un noyau, et une seconde partie qui porte au moins un enroulement agencé de manière à être amené en couplage magnétique avec le noyau. Le connecteur selon l'invention fonctionne selon le principe bien connu du transformateur, et il ne semble pas que ce principe ait déjà été appliqué à des connecteurs dans le but d'éliminer les inconvénients précités des connecteurs antérieurs. Le connecteur à couplage inductif selon l'invention peut également être considéré comme un dispositif de transfert d'énergie et il peut être utilisé pour remplacer la plupart des types de connecteurs électriques utilisés actuellement. En plus de remplir la fonction habituelle d'un connecteur, à savoir de transférer de l'énergie électrique, uncertain nombre d'autres fonctions utiles peuvent être remplies, et ce dans des environnements précédemment inaccessibles aux connecteurs classiques. L'un de ces environnements est au-dessous de l'eau, et particulièrement sous la mer. Bien qu'il existe déjà des connecteurs réalisés pour être utilisés sous la mer , il n'en existe actuellement aucun qui puisse être enfiché ou défiché sous l'eau sans danger d'électrocution. Non seulement le connecteur selon l'invention peut être enfiché et défiché sous l'eau, mais en outre cela peut être fait alors qu'il est sous tension, et ce absolument sans aucun risque de choc électrique. Cela résulte bien entendu du fait que les champis magnétiques sont incapables de provoquer un choc de nature quelconque, que ce soit sous l'eau ou non, et puisque l'eau de mer présente une réluctance magnétique élevée, il n'existe aucun risque d'un court-circuit magnétique au connecteur. Avec un connecteur classique, il y aurait un danger très réel de court-circuit électrique.Il faut noter au passage que des arguments semblables s'appliquent dans une certaine mesure au milieu souterrain, où des problèmes d'environnement sont souvent rencontrés avec le connecteur de lignes souterraines de télécommunications. Les connecteurs selon l'invention peuvent être réalisés comme des appareils à large bande ou des appareils accordés. Lorsqu'il s'agit seulement d'un canal de télécommunications à bande étroite, le dispositif peut être accordé à la fréquence de ce canal de manière que les bruits captés dans le dispositif de transmission soient éliminés au connecteur. Cela est contraire aux connecteurs ordinaires qui ont tendance à introduire des bruits dans le système. Si au contraire il s'agit de transmissions à large bande ou à canaux multiples, comme dans le cas de télémétrie à grande échelle ou de transmissions numériques, le dispositif peut être réalisé pour fonctionner dans une large bande, en permettant le passage detous les signaux voulus. Une autre fonction non habituelle est celle de l'adaptation d'impédance. Pour de nombreuses raisons, il peut être souhaitable d'utiliser des lignes de transmissions dtimpédances caractéristiques différentes dans un ensemble. Habituellement, cela impose des réseaux spéciaux d'adaptation d'impédance tandis qu'avec un connecteur selon l'invention, cette fonction est incorporée. De par leur construction, les connecteurs selon l'invention présentent une haute résistance aux effets de pression hydrostatique élevée, telle que celle rencontrée dans les grands fonds marins. Ensuite, l'établissement ou la rupture de la connexion ne produit aucune étincelle électrique, de sorte que ce connecteur convient à des endroits où des gaz ou des matières explosives sont présents, ou peuvent-ltêtre. Troisièmement, lorsqu'il est utilisé correctement, le connecteur selon l'invention possèdent un rendement très élevé. Par exemple, le coefficient de couplage d'un modèle contrôlé en laborateire était de 0,995 à3 MHz. Quatrièmement, le risque d'électrocution des utilisateurs est nul dans quelque application ou environnement que ce soit.Enfin, avec des éléments de montage appropriés, les deux moitiés du connecteur peuvent être tournées l'une par rapport à l'autre sans aucune perte des propriétés électriques, ce qui peut s'avérer très utile dans certaines applications, comme la connexion d'une antenne tournante. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs La Fig. 1 est une vue en perspective et en coupe partielle des deux parties d'un connecteur selon un premier mode de réalisation de l'invention, La Fig. 2 représente les deux parties d'un connecteur selon un second mode de réalisation de l'invention, La-Fig. 3 représente les deux parties d'un connecteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention, La Fig. 3a représente un dispositif destiné à assembler les deux parties du connecteur de la Fig. 3, La Fig. 4 est une coupe transversale de l'une ou l'autre des deux parties du connecteur de la Fig. 3, montrant une disposition intérieure possible, La Fig. 5 illustre un quatrième mode de réalisation de l'invention, La Fig. 6 est une vue en bout de la partie gauche du connecteur de la Fig. 5, La Fig. 7 est une vue illustrant des parties intérieures du connecteur de la Fig. 5, La Fig. 8 représente une variante d'un connecteur du type de la Fig. 3, La Fig. 9 est une coupe d'un mode de réalisation de l'invention utilisant plusieurs parties de noyau. La Fig. 10 illustre une modification du mode de réalisation de la Fig. 9 et, La Fig. 11 représente une autre disposition possible d'un noyau pouvant être utilisé selon l'invention. La Fig. 1 représente un connecteur à couplage inductif selon l'invention, et qui convient particulièrement, bien que n'y étant pas limité, aux applications en basse fréquence comme connecteur de fréquences audibles, par exemple pour connecter un récepteur- à un amplificateur, ou un amplificateur à un haut parleur. Le connecteur comporte une première partie 10 dans laquelle deux fils tl sont connectés à un premier enroulement 12 bobiné sur un noyau 13, et une seconde partie 14 dans laquelle deux fils 15 sont connectés à un second enroulement 16 entourant une ouverture 17 destinée à recevoir le noyau 13 avec son enroulement 12.Bien entendu, lorsque la partie 10 est introduite dans la partie 14, un courant électrique alternatif peut être transféré d'une partie à l'autre du connecteur puisque l'enrou- lement de la seconde partie est couplé magnétiquement avec le noyau de la première partie. Bien que la Fig. 1 représente des paires de fils il et 75, il peut être préférable d'utiliser un coaxial dans de nombreuses applications. Le noyau 13 et l'enroulement 12 sont de préférence enrobés dans une matière 18, une résine époxy par exemple. De même, l'enroulement 16 est de préférence enrobé dans une matière 1 9 qui peut également être une résine époxy. Le connecteur de la Fig. 2 est destiné principalement, bien que n'y étant pas limité, aux applications à des fréquences plus élevées, c'est-à-dire à des applications où la fréquence du signal considéré se trouve dans la plage entre les fréquences moyennes et les très hautes fréquences, clest-å-dire entre environ 15 KHz et 250 MHz. Cette plage de fréquences couvre la plupart des canaux de diffusion commerciale- de radiophonie et de télévision, ainsi que la plus grande partie des bandes d'amateur et d'aéronautique. Le dispositif de la Fig. 2 comporte une première partie 20 avec-deux fils d'entre 21 (ou un câble coaxial) provenant d'un enroulement noyé dans la partie 22 de cette première partie 20. L'enroulement entoure un noyau 23 qui fait saillie de la partie 22, de la manière représentée sur la Figure. La partie en saillie du noyau peut être enrobée. L'autre partie 25 comporte deux fils 26 (ou un cable coaxial) connectés à un enroulement qui se trouve dans la partie 27. L'enroulement est de préférence enrobé dans une matière appropriée, comme de la résine époxy, et il entoure une ouverture 28 destinée à recevoir la partie en saillie du noyau 23. il en résulte que l'enroulement de la seconde partie est couplé magnétiquement avec le noyau de la première partie. Une particularité intéressante des modes de réalisation-des Fig. 1 et 2 est que le coefficient de couplage peut être modifié en introduisant plus ou moins la première partie à l'intérieur de la seconde. De cette manière, le connecteur peut également être utilisé comme un dispositif de commande de tension. La Fig. 3 représente un connecteur comportant deux parties identiques qui sont simplement amenées en contact face à face. L'une des deux parties du connecteur peut être montée de manière à affleurer à une surface, par exemple à la surface extérieure de la coque d'un navire. L'autre partie du connecteur peut être amenée en contact avec cette première partie, en établissant ainsi une connexion avec l'intérieur du navire. La structure des parties du connecteur de la Fig. 3 apparait mieux sur la Fig. 4 qui est une coupe transversale de l'une ou de l'autre des deux parties du connecteur de la Fig. 3. La Fig. 4 montre un noyau annulaire 30 comportant une surface'avant 31 et une surface arrière 32. Ce noyau 30 peut consister en un noyau en pot disponible dans le commerce, et comportant un trou central 39 dans lequel peut éventuellement être introduit un plongeur d'accord . La surface avant comporte une rainure annulaire 33 qui entoure une partie centrale 34 verticale autour de laquelle un enroulement 35 est bobiné. Les conducteurs de l'en- roulement sortent par des trous appropriés, comme ceux représentés en 41. Les fils 36 (ou un câble coaxial) sont entourés d'un isolant 37, et un produit d'enrobage 38 enferme l'isolant 37 de manière à assurer l'étanchéité de la surface arrière. La rainure 33 est remplie d'un produit d'enrobage 38 et une mince plaque ou pellicule 40 non magnétique est fixée ou collée sur la face avant En variante, la plaque ou la pellicule 40 peut consister simplement en une partie du produit d'enrobage. La disposition des Fig. 3 et 4 peut également s'avérer utile dans des contextes où il se produit un certain mouvement relatif dans un plan transversal, entre deux systèmes rigides qui doivent être interconnectés électriquement, ou lorsqu'un trou pour une fiche, même peu profond, n'est pas souhaitable comme par exemple dans la coque d'un navire ou d'un sous-marin. Le connecteur peut également être encastré ou fixé dans une fenêtre de matière plastique ou de matière non magnétique Cette disposition convient à des applications dans une large plage de fréquences, grace à la réluctance extrêmement réduite du circuit magnétique. Le mode de réalisation des Fig. 1, 2 et 3 ne comporte aucun dispositif d'accrochage mécanique. Ces dispositifs qui sont nécessaires dans de nombreuses applications, peuvent être réalisés sans modifier les propriétés électriques des connecteurs. L'invention peut également s'appliquer à des connecteurs multiples, ainsi que le montre le mode de réalisation des Fig. 5 à 7. Ce connecteur comporte quatre combinaisons de noyaux et d'enroulements mais il est bien évident que ce nombre pourrait à volonté être supérieur ou inférieur. En outre, toutes les dispositions de noyaux et d'enroulements précédemment décrites peuvent convenir à une configuration multiple. il n'est évidemment pas nécessaire que tous les noyaux prévus soient utilisés en même temps. Le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple d'un connecteur multiple vu sous forme d'un développement du mode de réalisation de la Fig. 2, et il comporte une première partie 42 avec des noyaux 43 en saillie. Bien entendu, des enroulements sont bobinés sur les parties des noyaux qui sont noyées dans le connecteur. L'autre partie 45 du connecteur comporte des enroulements qui entourent des ouvertures 46, comne le montre également la Fig. 7. L'une des parties, ou les deux peut être munie de dispositifs 47 d'accrochage destinés à maintenir le connecteur enfiché. La Fig. 8 montre le mode de réalisation des Fig. 3 et 4, muni d'un dispositif supplémentaire d'assemblage mécanique. Dans ce cas, le noyau est recto vert d'une matière d'enrobage comportant un filetage extérieur 53 qui peut être vissé dans un taraudage 54 d'une pièce 50. Pour des raisons de commodité, et pour qu'elle ne puisse se perdre, la pièce 50 peut être fixée à l'une des parties du connecteur par une fil 52 et une boucle 51. Les deux parties du connecteur sont amenées l'une contre l'autre en les tournant simplement à l'intérieur de la pièce 50. La Fig. 3a montre une autre manière d'amener l'une contre l'autre les deux parties du connecteur, au moyen d'un enroulement supplémentaire 60 qui peut être bobiné autour de la périphérie du noyau. Cet enroulement est normalement enrobé dans une matière d'enrobage mais qui n'est pas représentées ici pour des raisons de clarté. Si l'enroulement 60 est parcouru par un courant continu, le noyau devient un électro-aimant. Lorsque l'autre partie du noyau en est approchée, elle est attirée magnétiquement. Les fils 61 de l'enroulement 60 peuvent se trouver dans la gaine 62 qui contient également le conducteur de l'enroulement du connecteur. Cette disposition peut convenir par exemple pour établir une liaison électrique entre deux navires spatiaux lorsqu'ils se réunissent dans l'espace. La Fig. 9 illustre un mode de réalisation comprenant plusieurs parties de noyau 65, 66 et 67. Si cela est souhaitable dans certaines applications, un entrefer peut être prévu, comme représenté en pointillés en 68. D'autres parties de noyau peuvent également être prévues, comme représentées en pointillés en 69. Ces parties de noyau peuvent constituer une pièce unitaire ou non, suivant les conditions particulières. Un ou plusieurs enroulements (non représentés) peuvent être prévus sur le noyau 68 pour compléter la première partie du connecteur. Les secondes parties du connecteur peuvent être réalisées avec des enroulements 70, enrobés de préférence. Trois de ces enroulements sont représentés. En variante, un ou plusieurs des enroulements de la Fig. 9 peut être considéré comme faisant partie-de la première partie du connecteur, un ou plusieurs autres enroulements constituant une ou plusieurs second parties. Un ou plusieurs enroulements peuvent donc transférer de l'énergie au noyau et un ou plusieurs autres enroulements recevoir cette énergie. La Fig. 10 représente une variante du mode de réalisation de la Fig. 9, dans laquelle un enroulement 71 est bobiné en série sur les trois branches du noyau, les conducteurs sortant de la branche supérieure. Dans ce cas, la branche supérieure peut être considérée comme l'entrée, et les deux autres branches peuvent être couplées par induction avec des secondes parties 73 et 74. Les dispositions des Fig. 9 et 10 ne sont pas limitées au type représenté (type de la Fig. 1) mais peuvent être évidemment du type de la Fig. 2 ou du type de la Fig. 3. Enfin, la-Fig. 11 représente une autre configuration de noyau pouvant être utilisée. L'énergie peut être transférée à l'une des branches et prélevée à une autre branche du noyau. Cela ressort de façon évidente de la description des Fig. 9 et 10, et aucune explication supplémentaire ne semble nécessaire Les connecteurs selon l'invention conviennent particulièrement au transfert de signaux de télécommunications, par exemple de télévision, de télémétrie, de radiophonie, etc. Dans ces applications, les signaux peuvent être des porteuses modulées, mais des transferts de courant de fréquences d'alimentation pourraient être également effectués par le connecteur, de même que des transferts de courant pulsés. REVENDICATIONS 1.- Connecteur à couplage inductif pour du courant électri - ué alternatif ou pulsé, caractérisé en ce qu'il comporte une première partie comprenant au moins un enroulement bobiné sur un noyau et une seconde partie comprenant au moins un enroulement, ledit enroulement de la seconde partie du connecteur étant agencé de manière à etre amené en position de couplage magnétique avec ledit noyau. 2.- Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première partie comporte plusieurs enroulements bobinés sur ledit noyau, et/ou ladite seconde partie comporte plusieurs enroulements. 3.- Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit enroulement de ladite seconde partie est bobiné sur un second noyau. 4.- Connecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les noyaux des deux parties du connecteur forment au moins un circuit de faible réluctance magnétique lorsque les deux parties sont assemblées. 5.- Connecteur selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'un au moins desdits noyaux porte plusieurs enroulements. 6.- Connecteur selon l'une quelconque des revendications l et 2, caractérisé en ce que ledit noyau a la forme d'une tige, ledit au moins un enroulement de la seconde partie du connecteur entourant une ouverture destinée à recevoir par ledit noyau. 7.- Connecteur selon l'une quelconque des revendications l et 2, caractérisé en ce que chacune desdites parties du connecteur comporte un noyau annulaire de matière ferromagnétique avec une surface avant et une surface arrière, ladite surface avant comportant une rainure annulaire qui entoure une partie centrale en saillie autour de laquelle un enroulement au moins peut etre bobiné. 8.- Connecteur à couplage inductif pour du courant électrique alternatif ou pulsé, caractérisé en ce qu'il comporte une première partie comprenant plusieurs parties de noyau, et au moins une seconde partie comprenant au moins un enroulement destiné à être amené en position de couplage magnétique avec chacune desdites parties de noyau. 9.- Connecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins un enroulement est bobiné autour d'au moins une desdites parties de noyau. 10.- Connecteur selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que lesdites parties de noyau sont en matière ferromagnétique, l'enroulement de ladite au moins une seconde partie du connecteur étant bobinée sur un noyau ferromagnétique. 11.- Connecteur a couplage inductif pour du courant électrique alternatif ou pulsé, caractérisé en ce qu'il comporte une première partie comprenant plusieurs noyaux dont l'une au moins porte un enroulement, et une seconde partie comprenant au moins un enroulement, ledit enroulement de ladite seconde partie étant agencé de manière à être amené en position de couplage magnétique avec ledit au moins un noyau. 12.- Connecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que ch-cun desdits plusieurs noyaux porte un enroulement, ladite seconde partie du connecteur comportant un même nombre d ' enroulements. 13.- Connecteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que chacun desdits noyaux est en matière ferromagnétique, chacun desdits enroulements de ladite seconde partie du connecteur étant bobiné aur un noyau de matière ferromagnétique. 14.- Connecteur selon la revendication 13, caradÈrisé en ce que chacun desdits noyaux est annulaire et comporte une surface avant dans laquelle est formée une rainure annulaire entourant une partie centrale en saillie autour de laquelle un enroulement au moins peut être bobiné. 15.- Connecteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que chaaue enroulement de ladite seconde partie du connecteur est bobiné autour d'une ouverture destinée à recevoir au moins une partie d'un noyau de ladite première partie du connecteur. 16.- Connecteur à couplage inductif pour du courant électrique alternatif ou pulsé, caractérisé en ce qu'il comporte une partie comprenant plusieurs noyaux dont l'un porte un enroulement d'entrée et au moins un autre noyau comportant un enroulement de sortie, lesdits enroulements étant couplés magnétiquement l'un avec l'autre. 17.- Connecteur à couplage inductif pour du courant électrique alternatif ou pulsé, caractérisé en ce qu'il comporte une pre mi ère partir comprenant plusieurs noyaux et au moins deux secondes parties qui portent chacune un enroulement agencé de manière à être amené en position de couplage magnétique avec l'un desdits noyaux. 18.- Connecteur selon l'une quelconque des revendications 3,4,8,9,11,12, 16 et 17, caractérisé en ce que lesdits noyaux en lesdites portions de noyaux sont ferromagnétiques. 19.- Connecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit courant électrique consiste en un signal de télécommunications.