Brevet FR2207340A1 — publié le 19740614

La présente invention concerne un procédé pour adapter l'impédance d'une charge, par exemple celle que représente un vibrateur ou oscillateur piézo-électrique ou un transducteur piézo-électrique, possédant une fréquence de résonance et une capacitance statique propres et elle a trait à un ispositif pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus. Pour fournir énergie électrique d'oscillation efficacement a un vibrateur ou oscillateur piézo-électrique, il est nécessaire d'effectuer une adaptation d'impédance conjugué au voyez d'une bobine de self induction montée en série ou en parallèle De plus, on branche avec la source d'énergie de commande un transformateur pour obtenir l'adaptation d'ivpédance. De tels agencements classiques sont représentés sur les figures 1 et 2 dans lesquelles la référence 1 désigne une source d'énergie de commande, les références 2 et 3 des bornes, la référence 4 un transformateur, la référence 5 un vi brateur piézo-électrique ou un transducteur piézo-électrique, la référence L1 une bobine de self induction montée en série et la référence h une bobine de self induction montée en parallèle. Dans ces agencements, grâce à une conception appropriée du transformateur, on peut faire en sorte que l'in- ductance de fuite et l'inductance principale du transformateur jouent le raie, respectivement, de l'inductance de la' bobine de self induction h montée en série et de l'inductance de la bobine de self induction L2 montée en parallèle, ce qui per met d'éviter l'utilisation des bobines de self induction LI et h - il est de pratique courante de faire en sorte que l'inductance principale du transformateur soit suffisanent grande pour être équivalente â celle du circuit de la figure 1 ou de faire en sorte que son inductance de fuite soit suffisai- lent petite pour être équivalente A celle du circuit de la figure 2. Toutefois, il est difficile de réaliser un vibrateur piézo-électrique ou un transducteur piézo-électrique dont la fréquence de résonance et la capacitance statique soient égales aux valeurs déterminées lors de la conception. Si la fréquence de résonance et/ou la capacitance statique réelles s'écartent des valeurs déterninées lors de la concep- tiqw, le transformateur d'adaptation classique ne perset paffi d'obtenir ;'adaptation d'impédance entre le vibrateur piézoélectrique présentant cette fréquence de résonance et/ou cette capacitance statique différentes et une source d'énergie oscillante c'est-à-dire alternative. Selon la présente invention, on compense l'écart de ces valeurs en utilisant effectivement l'inductance principale et/ou l'inductance de fuite du transformateur d'adaptation. C'est pourquoi, la présente invention a pour objet un procédé pour adapter l'impédance d'une charge, par exemple un vibrateur ou oscillateur piézo-électrique ou un transducteur piézo-électrique, possédant une fréquence de résonance et une capacitance statique propres dont les valeurs peuvent s'être écartées des valeurs déterminées lors de la conception, ceci gra- ce à l'utilisation effective de l'inductance principale et/ou de l'inductance de fuite du transformateur d'adaptation, grace & quoi la tolérance de l'écart de caractéristiques de la charge peut Titre augmentée dans des proportions supérieures à ce qui est possible dans le cas du procédé classique La présente invention a encore pour objet un dispositif, c'est-à-dire un transformateur d'adaptation, dont l'inductance principale et l'inductance de fuite peuvent être ajustées, grâce à quoi les écarts ou différences de caractéristiques, telles que la fréquence de résonance et la carpacitance sta - tique, d'une charge par rapport aux valeurs qui leur sont assignées lors de la conception peuvent titre facilement compensées par réglage des inductances principale et de fuite. Les objets, les caractéristiques et les avantages mentionnés ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront au cours de la description détaillée faite ci-après en référence au dessin annexé sur lequel les figures 1 et 2 sont des schémas montrant les procédés classiques pour adapter l'impédance du vibrateur ou-scillateur piézo-électrique selon la présente invention la figure 3 est un schéma montrant un mode de réalisation du procédé permettant d'adapter l'impédance d'une charge,tel qu'un vibrateur ou oscillateur piézo-électrique selon la présente invention les figures 4 et 5 sont des diagrammes destinés A expliquer les caractéristiques du mode de réalisation représenté sur la figure 3 les figures 6 et 7 sont des diagrammes expliquant le fonctionnement du mode de réalisation représenté sur la figure 5 ; et la figure 8 est une vue en plan montrant comment est construit le transformateur selon la présente invention. On va maintenant expliquer un mode de réalisation de la présente invention en se référant aux figures 3 à 8. sur la figure 3, la référence 1 désigne une source d'alimentation de commande, les références 2 et 3 des bornes, la référence 4 un transformateur dont le rapport de transformation, l'inductance principale 1m et l'inductance de fuite'Lt(- X /2 + L e/2 ) sont variables et la référence 5 une charge1-par exemple un vibrateur piézo7électrique, dont le lieu géométrique caractéristique de l'admittance est tel qu'illustré sur le graphique de la figure.4. L'impédance d'entrée, c'est- & dire l'impédance vue à partir des bornes 2 et 3 du vibrateur piézo-électrique 5 reliées au transformateur 4 servant à l'adaptation d'impédance, est telle que représentée sur la figure 5. Sur la figure 4, où l'axe des abscisses et l'axe des ordonnées représentent respectivement la conductance et la susceptance vues à partir des bornes d'entrée 2 et 3 la valeur de l'impédance d'entrée 2 et 3, la valeur de l'impédance d'entrée et la valeur de l'angle de phase sont indiquées respectivement par la longueur d'une ligne droite s' étendant du point d'origine O au point Â où la ligne droite coupe le lieu géométrique de l'admittance et par l'angle que fait la ligne 0 Â avec l'axe X. Sur la figure 5 où l'axe des abscisses et l'axe des ordonnées représentent respectivement la résistance et la réactance, la longueur du vecteur OÂ indique la valeur de l'impédance d'entrés. Quand on utilise une gamme de fréquences fi & BR La fréquence de résonance fo du vibrateur, l'inductance de fuite Le, l'angle de phase maximal le max et le rapport d'impédance entre l'impédance pour la fréquence fl et l'impédance pour la fréquence f2 pour obtenir l'adaptation optimale pour diverses valeurs de l'inductance principale Lm sont telles qu'illustrées sur la figure 6.On voit, sur le diagramme de cette figure, que malgré les variations de la fréquence de résonance fo dans une certaine gamme, on peut toujours obtenir l'état d'adaptation optimal en choisissant de fa çon appropriée la valeur de l'inductance principale Lm. Même quand la valeur de l'inductance principale la varie dans un certain intervalle, il n'est pratiquement pas nécessaire de faire varier la valeur de l'inductance ne fuite Le , pas plus que la valeur de l'angle de phase maximal ou le rapport d'impédance a ne subit de changement. Sa d'autres termes, le rapport d'impédance a et l'angle de phase maximal |&commat; le maxI sont pratiquement in- changés quand l'inductance principale Lm est modifiée pour compenser l'écart de la fréquence de résonance d'un vibrateur piézo-électrique. On obtient donc l'adaptation optimale dans une large gamme pour la fréquence de résonance du vibrateur piézo-électrique. Par ailleurs, les variations sur la figure 4 de la valeur de Xd qui est sensiblement proportionnelle å la capacité électrostatique du vibrateur peuvent être compensées par l'inductance de fuite Lt. De plus, on peut compen- ser toute variation de l'admittance dynamique G (représentée sur la figure 4) du vibrateur en modifiant le rapport de transformation du transformateur. Lors de la compensation des variations de la fréquence de résonance fo, la valeur absolue de l'impédance varie avec la valeur de l'inductance principale li . Toutefois, le fait que le rapport d'impédance a ne subit pratiquement aucune variation rend possible une nouvelle compensation par variation du rapport de transformation du transformateur. En résumé, on compense les variations de la fréquence de résonance fo du vibrateur piézo-électrique en réglant la valeur de l'inductance principale Lm, on compense les variations de l'admittance dynamique G du vibrateur en réglant le rapport de transformation du transformateur et on compense les variations de la capacité électrostatique dn vibrateur en réglant l'inductance de fuite L , sans modifier de façon nuisible les autres caractéristiques du vibrateur piézo-électrique. On peut réaliser comme représenté sur la fi gure 7 le transformateur remplissant les fonctions mentionnées ci-dessus. On peut modifier la résistance de fuite Le en fai sant varier la distance G# entre l'enroulement primaire 6 et l'enroulement secondaire 7 tandis que l'on peut ajuster l'in ductance principale Lia en modifiant l'entrefer principal Gi entre les noyaux 8 et 9 On peut par ailleurs, régler le rap port de transformation en déplaçant la prise d'énergie de lten- roulement primaire 6 ou de l'enroulement secondaire 7. Une étude expérimentale effectuée par la de manderesse montre que, pour obtenir l'adaptation optimale d'un vibrateur ou oscillateur piézo-électrique ayant une capacité électrostatique C de 4000 pF et une fréquence de résonance de 5000 Hz, l'impédance principale Lm et l'impédance de fuite Lt du transformateur d'adaptation doit être réglée de telle sorte que La " 1H et L# = 125 mf , respectivement, comme in tiqué sur la figure 6. Dans ce cas, l'angle de phase zilal maxi est 8,3 > et le rapport d'impédance a est 3,34 .Si 18 fréquence de résonance réelle d'un vibrateur pié.o-électri- que varie Jusqu'à & 5100 Hz tandis que la capacitance électrosta tique réelle est sensiblement égale à sa valeur déterminée lors de la conception, c'est-à-dire 4000 pF, on obtient l'adaptation optimale de ce vibrateur piézo-électrique en réglant l'induc tance principale et l'inductance de fuite de manière que La n 1,46 H et L# " - 127 'H, respectivement, comme on peut le voir sur les figures 6 et 7. Dans ce cas, l'angle de phase ma ximal le maxi et le rapport d'impédance a sont 8,2e et 3,36 resRectiveeent, ces valeurs étant sensiblement les miens que le valeurs dans le premier cas. Si la fréquence de résonance réelle du vibrateur ou oscillateur piézo-électrique est sensiblement la m8me que la valeur fixée â la conception de ce dernier, c'est-â- dire 5000 Hz, tandis que la capacitance électrostatique réelle C dévie Jusqu'à 3900 p? par suite de certaines conditions de fabrication, on obtient l'adaptation optimale en faisant passer la valeur de l'inductance de fuite L# du transformateur d'adaptation de 137 mH à 125 mH, comme il apparaît sur la figure 7, de manière que la valeur de l'angle de phase maximal - ia- soit ainsi minimale. On obtient donc, grce grâce à la présente inven- tian, l'adaptation optimale même ai la fréquence de résonance et/ou la capacitance électrostatique réelles du vibrateur piézo- électrique sont différentes de leur valeur de conception. il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et nonlimitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apport es sans sortir pour autant du cadre général de la présente invention tel qu'il est défini dans les revendication; ci-annesEes. B EV 6 N D I C A T IONS 1. Procédé pour obtenir une adaptation d'impédance entre une charge et une source d'énergie alternative de commande en branchant entre cette charge et cette source un transformateur d'adaptation, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on obtient l'adaptation d'impédance en ajustant l'inductance principale et le rapport de transformation du transformateur d'adaptation. 2. Procédé pour obtenir une adaptation d'impédance entre une charge et une source d'énergie de commande en branchant un transformateur d'adaptation entre cette charge et cette source, le procédé susvisé étant caractérisé par le fait que l'on obtient l'adaptation d'impédance en ajustant l'inductance de fuite et le rapport de transformation du transforma- teur d'adaptation. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on obtient l'adaptation d'impédance en ajustant, en outre,l'inductance de fuite du transformateur. 4e Transformateur d'adaptation d'impédance destiné à entre branché entre une charge et une source d' énergie de commande pour obtenir une adaptation d'impédance entre cette charge et cette source par la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, le transformateur précité étant caractérisé par le fait qu'il comporte, dans son circuit magnétique, un entrefer variable destiné au réglage de son inductance principale ainsi que des moyens pour modifier son rapport de transformation. 5. Transformateur d'adaptation d'impédance destiné à entre branché entre une charge et une source d'énergie de commande pour obtenir une adaptation d'impédance entre cette charge et cette source, le transformateur susvisé étant caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour modifier l'es- pace séparant son enroulement primaire et son enroulement secondaire de manière à modifier ainsi son inductance de fuite. 6. Transformateur d'adaptation d'impédance suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu' il comprend, en outre, dans son circuit magnétique, un entrefer va- riable servant au réglage de son inductance principale.