Brevet FR2478357A1 — publié le 19810918

La présente invention se rapporte au domaine de l'enregistrement magnétique, et concerne les transduc- teurs électro-magnétiques habituellement désignés sous le nom de "têtes". De tels transducteurs coopèrent avec un support magnétisable mobile dont les varia- tions locales de l'état magnétique représentent l'enre- gistrement proprement dit, et ont pour fonction de convertir ces variations en un signal électrique ex- ploitable disponible à leur bornes. Symétriquement, lo l'application d'un signal électrique à leur bornes détermine une magnétisation variable dans le support magnétisable mobile qu'on fait défiler devant ces transducteurs. Le transfert des variations de magnétisme ré- ciproques entre une telle tête et un support s'effec- tue par défilement de celui-ci devant un entrefer ménagé dans un circuit magnétique en forme générale de tore, et les variations de flux magnétique dont le circuit magnétique est le siège sont soit créées, dans le cas de l'enregistrement, soit transformées en signal électrique, dans le cas de la lecture,par des enroulements en forme de bobinages traversés par le circuit magnétique. Dans les utilisations pratiques, on fait le plus souvent appel à des têtes différentes pour l'enregistrement et la lecture, la largeur de l'en- trefer et le matériau dont est constitué le circuit magnétique n'étant pas les mêmes si l'on désire optimi- ser le résultat de chaque opération. C'est le cas par exemple dans le domaine de l'électroacoustique. Cependant, dans d'autres domaines, tel que celui des cartes à données magnétiques, par exemple les cartes de crédit, l'encombrement présenté par des têtes séparées ne permettrait pas de satisfaire aux normes définies par les réglementsinternationaux, et il a été proposé de réunir les deux têtes d'enregis- trement et de lecture en un boîtier unique, les deux entrefers faisant partie de deux circuits magnétiques soit juxtaposés, soit même imbriqués l'un dans l'au- tre, dispositions permettant d'obtenir des entrefers successifs très proches l'un de l'autre. - La mise en oeuvre de deux entrefers distincts est justifiée, d'autre part, par une particularité de l'enregistrement magnétique,lorsqu'il est mis en oeuvre dans le domaine des cartes à données. Celles-ci se prêtent mal, par leur forme,et à l'opposé du cas des-bandes magnétiques, à l'obtention d'un défilement géométrique parfaitement défini. En pratique, cette particularité se traduit par des fluctuations dans la position géométrique transversale du support pen- dant son défilement, conduisant à des instabilités du signal lorsqu'on fait passer devant une tête de lecture une piste magnétisée par la même tête utili- sée en fonction enregistrement. Pour s'affranchir des problèmes de tolérances mécaniques des emplacements des pistes.magnétiques, on a constaté qu'il était nécessaire d'enregistrer une piste pratiquement 3 fois plus large que la lar- geur de la piste de lecture, disposition permettant d'assurer un niveau de lecture constant, même si des fluctuations transversales interviennent au cours du défilement de la carte devant la tête. La réalisation de cette disposition ne présente pas de difficultés particulières:l'entrefer d'enregis- trement est simplement choisi pour avoirtransversale- ment, une longueur triple de la longueur de l'entre- fer de lecture. Cependant, comme il sera expliqué plus loin en détail, on constate en pratique que la séparation des fonctions des deux entrefers n'est pas complètement obtenue dans ces têtes combinées, bien que les en- roulements électriques d'enregistrement et de lec- ture soient distincts; en fait,les deux entrefers successifs enregistrent et lisent simultanément tous les deux, de façon néfaste,les données magné- tiques,déterminant des risques d'erreur, en particu- lier sur signaux numériques de type binaire. On est donc souvent conduit, dans les appli- cations, à renoncer aux têtes à deux entrefers, et a choisir la solution simple de la tête à entrefer unique,assumant alternativement les fonctions d'enre- gistrement et de lecture. Cette solution présente l'inconvénient,secondaire dans le cas des enregistre- ments de données numériques, de faire renoncer à l'op- timisation des performances procurée par les têtes à deux entrefers distincts;mais elle interdit la lec- ture sur une largeur plus étroite que celle de la piste enregistrée, inconvénient dont on a montré plus haut l'importance. La tête d'enregistrement et de lecture pour données magnétiques faisant l'objet de la présente invention ne comporte pas cet inconvénient. Elle ne possède qu'un entrefer unique de grande longueur transversale, et ne lit qu'une largeur rédui- te de la piste enregistrée, par simple commutation- des enroulements respectifs d'enregistrement et de lecture. Dans son fondement, l'invention fait appel au fait physique que, dans le domaine de l'enregistrement magnétique, les processus d'enregistrement et de lecture ne sont pas réversibles. En effet, à l'étape d'enregistrement, quand le support magnétique défile devant l'entreferson état magnétique final dépend seulement,toutes choses égales par ailleurs, du champ qui règne au niveau du bord de sortie de l'entrefer, champ qui varie à la fré- quence du signal à enregistrer et à celle du signal de polarisation haute fréquence caractéristique de l'enregistrement magnétique. En revanche, à l'étape de lecture, le signal électrique recueilli aux bornes des enroulements dépend de la largeur elle-même de l'entrefer, la fréquence maximale qu'il est possible de lire avant annulation du signal correspondant au cas o l'entrefer de lecture a une largeur égale à la longueur d'onde correspondante enregistrée sur le support. La tête d'enregistrement et de lecture de l'in- vention exploite cette différence. Elle met en oeuvre un entrefer unique, mais dont les deux surfaces polaires du circuit magnétique qui y sont en vis-à-vis sont, transversalement à l'entrefer, de largeurs différentes. A la lecture, les lignes de force du champ magnétique créé par le défilement du support magné- tique restent localisées dans la partie commune étroite de l'entrefer dont les surfaces polaires sont en vis-à-vis, puisque,ainsi qu'on l'a expliqué plus haut, c'est la largeur géométrique de l'entrefer qui définit le processus de lecture. En revanche, à l'enregistrement, seul le bord de sortie de l'entrefer à un rôle et c'est celui qui correspond à la dimension transversale large de la surface polaire de sortie. Suivant que la tête magnétique de l'invention est utilisée en régime d'enregistrement ou de lecture, il y a ainsi sélection automatique de la largeur transversale de la piste enregistrée ou lue. Plus précisément l'invention concerne une tête magnétique d'enregistrement et de lecture de données magnétiques,. largeur de piste variablesur un support mobile, comportant d'une part un circuit magnétique en forme de tore, et d'autre part des moyens électriques assurant l'application et l'ex- traction respectives de signaux d'enregistrement et de lecture, le circuit étant muni d'un entrefer coopérant avec le support mobile, et délimité par deux faces polaires, de contour rectangulaire, disposées en vis-à-vis,caractérisée en ce que, trans- versalement au plan du tore, les dimensions respec- tives des deux faces polaires sont différentes, la plus grande déterminant, sur le support mobile, la largeur enregistrée, et la plus petite déterminant la largeur lue. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après, en s'appuyant sur les dessins annexés o - la figure 1 représente une tête d'enregis- trement-lecture à deux entrefers selon l'art connu; - la figure 2 représente une tête d'enregis- trement-lecture à entrefer unique selon l'invention, - la figure 3 représente une variante de réalisation de la tête d'enregistrementlecture de la figure 2 comportant un répartiteur latéral de champ d'entrefer; - la figure 4 représente des diagrammes en axes rectangulaires, illustrant les résultats obtenus avec une tête magnétique selon l'invention, en fonction des principaux paramètres dimensionnels. La figure 1 représente une tête d'enregis- trement-lecture à deux entrefers selon l'art connu. Elle se compose d'un circuit magnétique 1 en forme de tore et de deux enroulements d'enregistre- ment 2 et de lecture 3, traversés par le circuit magnétique. Celui-ci est muni de deux entrefers 4 et 5, respectivement d'enregistrement et de lecture, l'un et l'autre étant remplis de cales 6, 7 faites d'un matériau non magnétique tel que le laiton. L'entrefer de lecture 5 est transversalement de largeur (14) inférieure à celle (L 2) de l'entrefer d'enregistrement 4, pour obtenir que, pour les rai- sons exposées plus haut, lors des passages successifs du support magnétisable 8 devant les entrefers, la largeur de la piste réellement lue soit inférieure à la largeur de la piste enregistrée. Une tête magné- tique de ce type présente l'inconvénient de ne pas assurer la séparation des fonctions des entrefers, et on constate, aux stades respectifs d'enregistre- ment et de lecture, que les deux entrefers enregis- trent et lisent simultanément, avec création de signaux parasites décalés dans le temps. La figure 2 représente une tête d'enregistre- ment-lecture à entrefer unique selon l'invention. Les mêmes moyens étant désignés par les mêmes nombres-repères, la tête se caractérise par le fait que les dimensions transversales respectives l 1 et 2 des deux surfaces polaires en vis-à-vis de l'entrefer unique sont différentes. Le fonctionnement d'une telle tête est le suivant A l'étape de lecture d'un support magnétique enregistré, la largeur de piste lue est égale à 1' dimension transversale réduite de l'entrefer effectif, défini pour les raisons exposées plus haut, par les surfaces communes en vis-à-vis, appartenant aux deux surfaces polaires. En revanche, à l'étape d'enregistrement, l'état magnétique du support magnétisable est défini, ainsi qu'il a également été expliqué plus haut, par le champ existant au niveau du bord de sortie 1i de l'entrefer, correspondant à la largeur -j 2 qui est la grande dimension transversale de l'entrefer. L'efficacité magnétique des parties latérales du bord de sortie est obtenue, pour sa plus-grande part, grâce aux lignes de force de fuite telles que 12 et 13, qui referment latéralement dans l'air les lignes de force de l'induction régnant dans le circuit magnétique. Ainsi, suivant que les enroulements 2 et 3 sont placés en régime d'enregistrement ou de lecture, il y a sélection automatique de la largeur transversale]4 2 ou 1' de l'entrefer effectif d'enregistrement ou de lecturede la tête. La figure 3 représente une variante de réalisa- tion de la tête d'enregistrement-lecture de la figure 2, comportant un répartiteur latéral de champ d'entrefer. Suivant cette variante, on réduit la réluctance magnétique présentée aux lignes de force de fuite 12, 13 dans l'air de la tête de la figure 2, en disposant, de chaque côté de la surface polaire correspondant à la petite largeur transversale J 1, deux plaquettes 21 et 22 en matériau magnétique, constituant un réparti- teur latéral de champ dans l'entrefer. Ce répartiteur augmente de plus l'induction utile qui règne dans l'ensemble du circuit magnétique de là tête, et son râle s'étend ainsi jusqu'à l'amélioration du niveau de sortie du signal électrique recueilli aux bornes:des enroulements en régime de lecture. Le choix des dimensions optimales, en épaisseur d et largeur transversale D, du répartiteur de champ de la figure 3, sont du domaine des essais systémati- ques. La figure 4 représente un diagramme, en axes rectangulaires, résumant les études expérimentales faites par la demanderesse,d'une part sur l'épaisseur des plaquettes latérales, d'autre part sur la sensibi- lité aux décalages transversaux dus aux instabilités de défilement. Ces courbes montrent notamment que le niveau de sortie en régime de lecture VS augmente lorsque l'épaisseur des plaquettes latérales, constituant le répartiteur, augmente au delà de valeurs proches de la largeur de l'entrefer, typiquement 50 micromètres pour un entrefer de 10 micromètres: elles montrent aussi que, dans ces conditions, pour une piste lue de largeur moitié de celle de la piste enregistrée de 6,5mm,la stabilité du niveau de sortie Vs en fonction des fluc- tuations géométriques transversales de position est excellente, typiquement de + 3% pour des décalages transversaux S du support mobile de + 0,9 mm, décalages supérieurs à ceux que les dispositifs modernes de défi- lement pour cartes à données magnétiques sont capables d'assurer. On doit observer, en terminant, que les résultats fournis par la tête magnétique de l'invention, indiqués ci-dessus, l'ont été à titre d'ordre de grandeur, et que les avantages procurés par l'invention ont été notamment vérifiés dans le cas d'entrefers de largeurs comprises entre 2 et lOO1, d'épaisseurs de plaquette comprises entre O et 500 #, et pour des vitesses de supports magnétiques comprises entre 30 mm et 1500 mm par seconde. on doit noter aussi que bien que la description ait été faite dans le cas d'une tête à enroulements, le cas d'une tête de lecture à effet Hall doit être compris dans le domaine de l'invention. On doit enfin remarquer que, bien que la description ait été particulièrement centrée sur le cas des cartes à données magnétiques, le domaine de l'invention s'étend à toute autre forme de support, telle que celle d'un disque magnétique souple ou rigide. REVENDICATIONS 1. Tête magnétique d'enregistrement et de lecture de données magnétiques, à largeur de piste variable,sur un support mobile (8), comportant d'une part un circuit magnétique en forme d'anneau (1), et d'autre part des moyens électriques assurant l'application et l'extrac- tion respectives de signaux d'enregistrement et de lecture (2) (3), le circuit étant muni d'un entrefer (10) coopérant avec le support mobile et délimité par deux faces polaires, de contour rectangulaire, dispo- sées en vis à vis, caractérisée en ce que, transversa- lement au plan de l'anneau, les dimensions respectives (il) (#2) des deux faces polaires sont différentes, la plus grande déterminant, sur le support mobile, la largeur enregistrée, et la plus petite déterminant la largeur lue. 2. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que, transversalement au plande l'anneau, la plus petite des deux faces polaires porte deux plaquettes latérales, réalisant avec elle un autre contour rectangulaire, et constituées d'un matériau ferromagnétique. 3. Tête magnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que, transversalement,la dimension de l'autre contour rectangulaire est égale à celle de la plus grande face. 4. Tête magnétique selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que, perpendiculairement aux faces polaires, les plaquettes latérales ont une épaisseur inférieure à 500e. 5. Tête magnétique selon la revendication i caractérisée en ce que les moyens électriques assurant l'extraction des signaux de lecture sont constitués par des enroulements entourant le circuit magnétique. 6. Tête magnétique selon la revendication 1 caractérisée en ce que les moyens électriques assurant l'extraction des signaux de lecture sont constitués par une sonde à effet Hall. 7. Tête magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite piste variable est portée par un support mobile en forme de bande magnétique. 8. Tête magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite piste variable est portée par un support mobile constitué d'une carte rigide de forme générale rectangulaire. 9. Tête magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ladite piste variable est portée par un support mobile constitué d'un disque magnétique souple ou rigide.