Brevet FR2474748A2 — publié le 19810731

FR 2474748 A2 19810731 FR 8001583 A 19800125 L'invention concerne des perfectionnements aux magnéto-inductances pour les améliorer en sensibilité, en variation de fréquence, en portée, en précision, en linéarité et en stabilité. L'invention concerne également des applications des magnéto-inductances et des montages les permettant Un des perfectionnements de l'invention est caractérisé en ce que le noyau de la magnéto-inductance est formé de deux matériaux : I'un filiforme rond ou plat d'un métal à haute perméabilité magnétique, L'autre est un ferrite à grains orientés ou non, de perméabilité adaptée à l'effet cherché. L'utilisation simultanée de métal à haute perméabilité magnétique et de ferrite, permet d'obtenir des caractéristiques complémentaires, des modifications de courbes de réponse, des possibilités de réglage, de meilleurs coefficients de surtension. La forme donnée aux matériaux a par ailleurs de l'importance. Les caractéristiques des perfectionnements et des applications sont précises au cours de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple de réalisation. Aux deux planches de dessins annexées ; La figure 1 de la planche 1 est la vue éclatée en perspective d'une magnétoinductance, à noyau torique et circuit magnétique enveloppant. La figure 2 de la planche 1 est une magnéto-inductance rectiligne à circuit magnétique enveloppant. La figure 3 de la planche 1 représente la magnéto-inductance de la figure 2 montée à l'extrémité d'un concentrateur magnétique. La figure 4 est la vue en perspective d'une magnéto-inductance à noyau bobiné feuilleté dont le champ est fermé par deux U en ferrite. La figure 5 est la vue de profil d'une magnéto-inductance avec concentrateur magnétique cylindrique polarise. La figure 6 est la vue de profil d'une magnéto-inductance à noyau métallique tubulaire traversé par une tige réglable en ferrite ou non. La figure 7 est la vue en plan d'une magnéto-inductance à concentrateur magnétique ptat ou feuilleté polarisé par bobinage. La figure 8 représente en perspective éclatée un ensemble de magnéto-inductance bobiné dans des logements sur un plat, le champ étant fermé par deux autres plats. La figure 9 est le schéma d'une magnéto-inductance associe à l'électronique lui permettant de sortir une fréquence proportionnelle au champ incidenten signaux rectangulaires complémentaires. a figure 10 est la vue schématique an plan d'un montage pour asservissement de fréquence. La figure il de la planche 2 est le schéma du montage en différentiel de deux magnéto-inductances oscillantes. La figure 12 de la planche 2 est le schéma du montage en différentiel de deux magnéto-inductances avec son électronique. La figure 13 est le schéma d'une magnéto-inductance avec circuit intégré oscil lateur suivi d'un circuit intégré diviseur de fréquence. L3 figure 14 est le schéma d'une magnéto-inductance à deux enroulements fournissant des signaux sinusoTdaux à fréquence variable. La figure 15 est le schéma de l'utilisation des signaux de la figure Il à l'asservissement en position et vitesse d'un moteur diphasé. La figure 16 est le schéma de l'association d'une magnéto-inductance à un triac permettant ia réalisation d'interrupteurs électroniques de puissance. La figure 17 est le schéma de l'association d'une magnéto-inductance polarisée avec un circuit intégré constituant un pseudo quartz. A la figure (1) le noyau 2 est selon l'invention un plat circulaire percé dont l'effet est celui d'un tore. Ce plat circulaire percé est constitué d'une tôle métallique mince à haute perméabilité magnétique ou d'un empilage de telles tôles isolées entre elles. II peut entre constitué d'un ferrite ou encore d'une combinaison ferrite métal à haute perméabilité. Le fil 4 est régulièrement enroulé quasi radialement autour de la rondelle-tore 2. Les extrémités du fil 4 enroulé sont en 5 et 6. Autour de la rondelle-tore 2 et l'enrobant sont disposées les pièces de révoiution 1 et 3 de fermeture de champ. Ces pièces 1 et 3 de fermeture de champ peuvent etre en métal à haute -perméa- bilité ou en ferrite ou la combinaison des deux. La réalisation en petite dimension permet de réaliser des magnéto-inductances de très grande sensibilité. A la figure (2) le noyau piat 7 est rectiligne selon l'invention. II est réalisé en feuilles minces de métal à haute perméabilité magnétique. Le fil de l'enroulement plat 10 à ses extrémités en 5 et 6. Les pièces rectilignes plates de fermeture de champ 8 et 9 sont appliquées sur le noyau 8 et ltenroule- ment 10. Elles sont réalisées soit en métal à haute perméabilité magnétique, soit en ferrite, soit en combinaison des deux. Cette disposition permet de réaliser des magnéto-inductances de grande portée. Elle est de plus, en dimension suffisante, adaptée au fonctionnement à basse fréquence. A la figure (3) la magnéto-inductance rectiligne décrite en 2 est montée selon l'invention à l'extrémité du concentrateur magnétique il qui ltenserre jusqu'à sensiblement son axe de symétrie, milieu de I'enrouleent 10, et qui a une section et un volume importants. La perméabilité du concentrateur il dépend de l'effet cherché. Il sera avantageusement réalisé en ferrite. Ce concentrateur il selon l'invention augmente la portée de détection de la magnéto-inductance. A la figure (4) le noyau 13 plat et court porte le bobinage 10 se terminant en 5 et 6 comme dans les figures (2) et (3). La fermeture du champ se fait selon 17invention par deux U en ferrite 14 et 15, ce qui augmente l'inductance initiale. A la figure (5) le concentrateur magnétique 17 de revolution se prolonge selon l'invention par une partie cylindrique de faible diamètre 18. Sur cette partie effilée 18 est monté selon l'invention le bobinage de magnéto-inductance 16 se terminant par les fils 5 et 6. Selon l'invention ce bobinage 16 est axialement coulissant sur 18 afin de permettre les réglages et les adaptations. Selon l'invention l'aimant cylindrique creux 19 est monté coulissant sur 17 pour permettre sa polarisation. Selon l'invention cet aimant coulissant peut-etre remplacé ou complété par un bobinage d'électro-aimant. A la figure (6) le bobinage de magnéto-inductance entre 5 et 6 est effectué sur un noyau tubulaire 20. A l'intérieur de ce noyau tubulaire 20 est monté selon l'invention le noyau cylindrique 21 qui peut coulisser dans 20. Selon llinvention les noyaux 20 et 21 peuvent être alternativement ou simultanément en métal à haute perméabilité ou en ferrite. Le noyau cylindrique plein sert à la fois de concentrateur de flux et d'organe de réglage. A la figure (7) le concentrateur de flux 22 est une tole mince, unique ou feuilletée se terminant par une partie effilée de largeur constante, dtune manière analogue à 17 et 18 de la figure (5). Sur la partie effilée le bobinage 25 de magnéto-inductance est monté coulissant. Le bobinage 23 - 24 de I'électro-aimant de polarisation ou d'asservissement selon l'invention est porté par 22. Cette disposition selon l'invention est particulièrement adaptée aux détections angulaires ou de déplacement latéral du champ magnétique incident. A la figure (8) le noyau est selon l'invention une plaque mince 26 percéede trous tels que 27 dont la disposition est clairement indiquée sur le dessin. Le bobinage de magnéto-inductance se fait en passant le fil dans deux trous se faisant vis à vis. Dans l'exemple figuré il y a deux bobinages tels que 28 sur le meme noyau 26,dont les sorties sont 5 - 6 et 5' - 6'. Le champ magnétique est fermé par les plaques 29 et 30 de même contour sensiblement ;e le noyau 26. Les rainures nécessaires au logement des bobinages tels que 28, pour que 26, 29 eT 30 soient joints sont faites soit dans l'épaisseur de 26 soit dans l'épaisseur de 29 et 30. Il est évident que le noyau 26 ne peut porter qu'unie seule magnéto-inductance. A la figure (9) le circuit intégré 31,TTL quadruple "NAND" à deux entrées comme SN 7400 N par exemple cable électriquement et relié à la magnéto-iductance 32 par 5 et 6 comme sur la figure, selon l'invention, a deux sorties de signaux 35 et 36 à fréquence variable proportionnelle au champ magnétique 33. 1 I est alimenté Dar la source continue basse tension 34. La forme des signaux obtenus en 35 et 36 est representée en 37 et 38. Ils sont rectangulaires, complémentaires et à fréquence fonction de 33. A la figure (10) est représenté un montage selon l'invention destiné à réaliser un asservissement de fréquence, pour applications en VC0 ou en PLL. II comporte sur une plaque unique 39 deux magnéto-inductances équilibrées ma gnétiquemento 45 de sorties 5 et 6 et 46 de sorties 5 et 6' qui sont bobinées sur des noyaux de faible section par l'effet de la fenêtre 47 percée à l'endroit convenable dans la plaque de base 39. L'aimant 40 solidaire de 39 est placé entre les éiectro-aimants identiques 41 et 42 placés en série. 43 et 44 sont les bornes de Itélectro-aimants ainsi formé. A la figure (11) les deux magnéto-inductances 48 et 49 sont montées selon l'invention en différentiel, cest-à-dire à une distance suffisante et symétriquement pour détecter avec une très grande précision le mouvement de l'ai- mant tel que 49 ou ia variation dissymétrique du champ 50. 51 et 52 sont les oscillateurs relaxateurs associés aux magnéto-inductances 48 et 49. Les signaux à fréquence variable sortent en 53 et 54. Lorsque l'ensemble est équilibré, ciest-à-dire que lorsqu'il y a symétrie de 48 - 51 et 47 - 52 par rapport à l'aimant 49, la sensibilité de i'ensemble pour une variation du champ 50 devient considérable. A ia figure (12) les deux magnéto-inductances 56 et 5i sont montées en diffé rentiel selon l'invention avec l'aimant 55 ou l'électro-aimant équivalent. L3s deux magnéto-inductances 56 et 57 sont reliées selon l'invention à un seul circuit intégré. 58, 59 et 60 représentant un demi circuit intégré TTL du genre six inverseurs et constituent la partie oscillante et de découplage de la magnéto-inductance 56. 61, s2 et 63 représentent la seconde moitié du circuit intégré TTL et assurent la partie oscillante et le découpiage de la magnéto-inductance 57. Les sorties de 60 et 63 sont selon l'invention reliées entre elles pour fournir les signaux de sortie mélangés en 64. A l'équilibre des fréquences et après filtrage éventuel ils fournissent ie "abattement zéro'1. A la figure (13) la magnéto-inductance 66 soumise au champ 65 est couplée selon l'invention aucircuit TTL classique dont 67 et 58 représentent les deux premières portes "Nand" qui telles qu'elles sont couplées traduisent la variation dtinductance de la magnéto-inductance 66 en fréquence inversement propo rtionnelle. 69 et 70 sont les deux derniers "Nand" amplificateurs tout ou rien. Ce premier circuit intégré est suivi selon l'invention par un autre circuit intégré diviseur de fréquence TTL dont 71, 72, 73 et 74 sont les étages successifs. 75 et 76 sont les sorties des signaux complémentaires analogues à 37 et 38 de la figure (9). 77 est la sortie à la fréquence 1/2 78 est la sortie à la fréquence 1/4 79 est la sortie à la fréquence 1/8 80 est la sortie à la fréquence 1/16 A la figure (14) la magnéto-inductance double 81 - 82, a son circuit principal 81 formant éventuellement un circuit accordé avec le condensateur 83 et son circuit auxiliaire 82 formant éventuellement un circuit accordé avec le condensateur 84. 85 est un transistor oscillateur dont 86 est le condensateur de découplage de base et 87 est la résistance de polarisation de la base. 88 est l'arrivée positive basse tension. 89 est la sortie des signaux sinusoTdaux à fréquence variable. 90 est le pôle négatif de l'alimentation basse tension et la masse. L'ensemble selon l'invention fournit un signal sinusoTdal de fréquence fonction du champ incident. A la figure (15) est représentée la commande selon l'invention d'un moteur diphasé par la sortie des signaux de deux magnéto-inductances montées en différentiel. Acet effet les signaux 53 et 54 de la figure (11) provenant d'oscillateurs sinusoïdaux agissent sur les amplificateurs de puissance 91 et 92 qui alimentent la phase 93 et la phase 94 d'un moteur diphasé 95. On obtient ainsi une vitesse variabledans un sens ou dans l'autre avec arrêt à ltéquilibre des fréquences. Selon l'invention ce moteur diphasé asservi-par l'écart peut réagir mécaniquement pour réduire cet écart réalisant ainsi un asservissement de position. A la figure (16) la magnéto-inductance 98 soumise au champ 99 et éventuellement accordée selon l'invention par le condensateur 100 est reliée à un circuit intégré TTL dont les deux premières portes Nand 96 et 97 forment oscillateur relaxateur. 101 forme amplificateur tout ou rien et 102 également mais monté en filtre actif de fréquence par le condensateur 109. Selon l'invention la sortie de 102 est liée au primaire 103 du transformateur 105. Le secondaire 104 de ce transformateur agit selon l'invention sur la Triac 10t. 107 est la charge de puissance recevant le réseau alternatif 108 par l'intermédiaire du Triac commandé 106. 109 condensateur limitant la bande passante de l'amplificateur tout ou rien 102 permettant l'obtention de signaux à fréquence et amplitude variable. 110 alimentation basse tension. 'ensemble selon l'invention réalise un interrupteur électronique de grande puissance en courant alternatif, permettant la pleine puissance, la demi puissance ou l'arret, sous l'action d'un champ magnétique faible. A la figure 17 la magnéto-inductance 111 est polarisée par le bobinage 112 agissant sur le meme noyau. La magnéto-inductance 111 à ses deux fils de ser- fie connectés aux deux premières bornes basses du circuit interne 133 a saxim- ple inverseur SN 7404 N par exemple. Avec les connections électriques repré- sentées sur la figure avec le pâle plus de l'alimentation en 114, le poZe moins est la masse en 116, le signal de sortie de fait en 115. On voit que le @@bi- nage de polarisation 112 est en série avec ie circuitintègre 113. Le courant passant dans 112 augmente proportionnellement la fréquence de :sor-- tie alors que le courant passant dans 113 la diminue linéairement. 112 FE=t donc etre déterminé pour annuier toute variation de fréquence quand lie tt. varie. Ce qui conduit à un pseudo quartz réglable. Suivant l'invention la magnéto-inductance n'est pas couplée directement au dispositif de détection mais par l'intermédiaire d'un transformateur. Ce transformateur à noyau de ferrite ou non de rapport de préférence voisin de 1/1 mais pas obligatoirement a son primaire en série avec la magnéto-inductance, et son secondaire relié aux deux bornes d'entrée de l'électronique de réponse. Dans le cas où la magnéto-inductance est utilisée soit à la détection des me- taux, soit à la détection fine du passage transversal d'une cibie. son noyau a, selon l'invention la forme d'un C ou d'un U le bobinage étant effectué sur la partie médiane. Revendications 1. Magnéto-inductance selon la revendication 1 du brevet principal caractéri see en ce que le bobinage est effectué annulairement sur un noyau circulaire plat percé en son centre ayant l'effet d'un tore. 2. Magnéto-inductance selon la revendication 1 ci-dessus caractérisée en ce quelle porte au moins deux bobinages correspondant à au moins deux secteurs du noyau circulaire. 3. Magnéto-inductance selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce qulel- le est enfermée avec le minimum de vide dans une enveloppe formée d'un pot l'enveloppant avec une noix de remplissage du noyau et d'une rondelle de fermeture. 4. Magnéto-inductance selon les revendications 1 ou 2 ou 3 caractérisée en ce que la matière de l'anneau ou de l'enveloppe peut être totalement ou partiellement un métal à haute perméabilité magnétique et partieliement un ferrite de perméabilité adaptée à l'emploi. 5. Magnéto-inductance selon la revendication 1 du brevet principal caractérisée en ce que le bobinage plat est effectué sensiblement sur la partie médiane d'une bande étroite et mince d'un métal à haute perméabilite, le champ extérieur étant fermé par une ou deux bandes magnétiquement permeables sensiblement de même largeur et de même longueur que la bande formant noyau et appliquées sur elle avec le minimum de vide. 6. Magnéto-inductance selon la revendication 1 du brevet principal caractérisée en ce que le bobinage plat effectué sur la partie médiane d'un plat mince de métal à haute perméabilité, ie champ est fermé par deux U symétriques en ferrite, laissant le minimum de vide dans leur application sur le noyau bobi né. 7. Magnéto-inductance selon les revendications 1 à 5 ci-dessus caractérisée on ce quelle se prolonge dans la direction du flux magnétique externe parun volume de matériau de perméabilité adaptée faisant concentrateur de flux, en ferrite ou autre. 8. Magnéto-inductance selon la revendication 1 du brevet principal caractérisée en ce que le bobinage est effectué sur un tube mince et un noyau cylindrique de diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur du dit tube mince est disposé à l'intérieur du tube dans lequel il peut coulisser pour permettre le réglage. 9. Magnéto-inductance selon la revendication 8 caractérisée en ce que le tube mince est réalisé en métal à haute perméabilité et le cylindre de remplissage en ferrite, ou réciproquement. 10. Magnéto-inductanceselon la revendication 8 caractérisée en ce que le cylindre remplissant le tube se prolonge du coté opposé au flux par un cylindre e amètre plus important ou tout volume équivalent pour former concentrateur a flux. 11. ilacnéto-inductance selon la revendication 10 caractérisée en ce qu'un aimant ayant un alésage permettant le passage du concentrateur de flux est monté coulissant sur ce dernier pour permettre une polarisation et une fré quence initiales. 12. Magnéto-inductance selon la revendication 10 caractérisée en ce que le concentrateur de flux porte un bobinage alimenté par un courant continu réa lisant un éiectro-aimant commandable donnant la polarisation et la fréquence initiales voulues. 13. Magnéto-inductance selon les revendications 10 à 12 caractérisée en C9 que le tube mince étant de section rectangulaire la tige de remplissage et le-con centrateur magnétique sont une seule tôle mince en tôle feuilletée découpée. 14. Magnéto-inductance selon la revendication 1 du brevet principal caractsr;i- sée en ce que le noyau étant un matériau plat de faible allongement ou-circu- laire porte deux rangées de tous se faisant vis à vis dans lesquels e f41 casse pour réaliser le bobinage, deux piats de perméabilité voulue sensible- ment de mâme contour que le noyau etant appliqués de chaque côté de ce dernier a.;ec le minimum de vide pour fermer le champ, les gorges pour loger le f11 du bobinage étant réalisées entre les trous correspondants soit dans -le noyau soit dans les piats de fermeture du champ. 15. Magnéto-inductance selon au moins une des revendications du brevet prin cipal ou ou au moins une des revendicationsl à 14 ci-dessus caractérisée en ce qu'elle constitue l'élément d'entrée d'un circuit intégré TTL quadruple "NAND" 3 deux entrées et délivrant deux signaux rectangulaires complémentaires de fréquence proportionnel le au champ incident. 15. Magnéto-inductances selon l'une au moins des revendications ci-dessus caractérisées en ce qutelies sont montées par deux en parallèle et identiques sur une plaque unique concentrateur de flux. 17. Magnéto-inductances selon la revendication 16 caractérisées en ce que la pique unique concentrateur de flux porte soit un aimant polarisateur soit in bobinage d'électro-aimant ajustable soit les deux. 18. Magnêto-inductances selon une au moins des revendications i à i4 caracté rises en ce quteiles sont utilisées ear paires identiques coaxiales et en position afin de faire apparaître un effet différentiel. 1 Magnéto-inductances selon la revendication 18 caractérisées en ce que les deux sorties de chaque magnéto-inductance sont reliées aux deux entrées d'un oscil mateur relaxateur tel que celui de la figure 4 du brevet principal fournissant ainsi une fréquence proportionnel le au champ inducteur. 20. Magnéto-inductances selon la revendication 18 caractérisées en ce que les deux sorties de.chaque magnéto-inductance sont relies au même circuit entre gré TTL à six portes avec sortie unique des signaux mélangés. 21. Magnéto-inductance selon la revendication tS caracterisées en ce que le signal délivré par la dernière sortie au circuit Intégré TTL quadruple "Nand" ontre dans un circuit intégré diviseur de fréquence dont les quatre sorties donnent los fréquences 9/2, 1/4, 1/8, et t/t6 de la fréquence d'entrée, 22. Magnéto-inductance selon la revendication 7 du brevet principal caract*- risée en ceque les deux enroulements étant en phase ou non sont reliées l'un à l'émetteur l'autre au co lecteur d'un transistor oscillateur à base commune, fournissant un courant sinusoidal, 23. Magnéto-inductances selon les revendications 18 et 19 caractérisées en ce que les oscillateurs relaxateurs qui leur sont liés fournissant un courant sinusoidal à fréquence variable sont très après amplification aux deux phases d'un moteur diphasé. 24. magnéto-inductances selon les revendication 18, 19 et 23 caractérisées en ce que le moteur diphasé qu'elles alimentent est relié mécaniquement en rétro- action au générateur de champ pour stabiliser ou asservir. 25. Magnéto-inductance selon la revendication 5 du brevet principal caractOrl- sés en ce que le sortie de l'oscillateur relaxateur est railés à la source de courant en passant par le primaire d'un transformateur dont le secondaire commande un Triac ou un thyristor. 26. Magnéto-inductance selon l'une des revendications 1 à 14 et munlo d'un bobinage de polarisation et raliée à l'entrée d'un circuit integré à sextuple inverseur par exemple est caractérisée en ce que la bobine de polarisation et le circuit intégré sont montés on série pour être parcourus par le même courant 27. Magnéto-inductance selon l'une des revendications ci-dessus caractérisée on ce quelle est reliée au primaire d'un transformateur dont le secondaire ost relié aux bornes d'entrée de l'électronique de réponse ou de détection. 28. Magnéto-inductance selon lune des revendications ci-dessus utilisée en détecteur de métaux ou de cible forme métallique à déplacement transversal caracté- risée en ce que son noyau à la d'un C ou d'un U son bobinage étant localisé à la partie médiane,