Brevet FR2525384A1 — publié le 19831021

La présente invention se rapporte à un dispositif de bobine destiné à être utilisé dans un système de communica- tions Elle se rapporte plus particulièrement à un dispositif de bobine destiné à être utilisé dans un système de communica- tions dans lequel l'orientation spatiale du dis Dositif de bo- bines relativement aux autres composants du système ne peut être prédéterminé. Il existe de nombreux systèmes de communications dans lesquels la communication est à établir entre deux composants ou plus au moyen d'un champ magnétique de liaison et dans les- quels au moins l'un des composants est mobile relativement à un autre composant, de sorte que la sensibilité isotropique est importante dans au moins un plan donné pour maintenir la communication Le besoin d'une réponse isotropique dans les systèmes de recherches de personnes et les systèmes de sur- veillance des articles, pour donner deux exemples, est aisé- ment apparent. En supposant que la communication soit à établir avec ou à partir d'une bobine bouclée au moyen d'un champ magnéti- que d'un courant alternatif, le problème est d'assurer un cou- plage magnétique adéquat entre la bobine et le champ quelle que soit l'orientation spatiale de la bobine relativement aux lignes de flux constituant le champ On sait, par exemple, qu'une bobine plate immergée dans un champ magnétique, dans lequel toutes les lignes de flux sont parallèles au plan de la bobine, ne sera pas ou sera peu soumise à un couplage ma- gnétique avec ce champ D'un autre côté, si la bobine est uti- lisée pour produire le champ, les lignes de flux seront rayon- nées normalement au plan général de la bobine et peu ou pas de signaux ne seront rayonnés parallèlement au plan de la bobine. L'action d'une bobine de ce genre est nettement isotropique et il n'existera pas de conditions dans un système de communica- tions quelconque dans lesquelles l'orientation spatiale de la bobine ne puisse être prédéterminée. La demande de brevet américain No 354156 du 5 Mars 1982 au nom de Raymond L Barrett, Jr, révèle un système dans lequel une porte est munie d'une bobine bouclée pour établir un champ magnétique de courant alternatif, qui est destinée à se coupler avec une bobine bouclée plus petite portée par une fiche ou un marqueur d'identification du personnel En par- ticulier, ladite demande décrit, à titre d'exemple, un systè- me pour dépister la localisation des médecins dans un service hospitalier On notera que dans tout système impliquant lem- ploi d'une fiche portée par un individu, une contrainte géné- rale peut être imposée, telle que la fiche soit toujours por- tée dans une orientation verticale ou proche de la verticale. A cause de cette contrainte, la nécessité d'une réponse iso- tropique de la fiche au champ d'interrogation n'est importante qu'en rapport à un plan qui est normal au plan général de la fiche. Le but de la présente invention est, par conséquent, de procurer une bobine plate qui puisse être utilisée dans une fi- che d'identification ou analogue, qui ait une réponse pratique- ment isotropique à un champ magnétique de courant alternatif interrogatif au moins dans un plan normal au plan général de la bobine. Selon la présente invention, il est prévu un disposi- tif de bobine destiné à être utilisé dans un système de commu- nications dans lequel un couplage entre ledit ensemble et un autre composant de communication est à établir en reliant ledit ensemble et ledit composant à un champ magnétique de courant alternatif,ledit ensemble comprenant une bobine ayant la forme d'une boucle à configuration de galette formée d'enroulements conducteurs électriques encerclant un premier axe qui est nor- mal au plan général de ladite bobine et des moyens comprenant une matière perméable magnétiquement disposés de façon à coo- pérer dans une position adjacente auxdits enroulements conduc- teurs, et intercalés avec ceux-ci pour procurer un couplage inductif pratiquement isotropique entre lesdits enroulements conducteurs et ledit champ magnétique dans un plan qui est nor- mal audit plan général. Ltinvention sera mieux comprise à la lumière de la des- cription détaillée qui va suivre des formes de réalisation préférées de l'invention en se référant aux dessins annexés, t 5 dans lesquels: -k la Fig 1 est une représentation schématique d'une première bobine plate en forme de crêpe immergée dans un champ magnétique, la Fia 2 est une vue en perspective d'un ensemble de bobines construit selon la présente invention; la Fig 3 est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne 3-3 de la figure 2 t la Fig 4 est un diagramme schématique montrant di- verses orientations de l'ensemble de bobines de la figure 2 dans un champ magnétique qui sont utilisées pendant le réglage a la fabrication de l'ensemble, la Fig 5 est une vue de dessus en plan d'une autre forme de réalisation de l'ensemble de bobines, et la Fig 6 est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne 6-6 de la figure 5. Sur la figure 1 est représenté schématiquement une bo- bine plate 10 du type galette de configuration simplement rec- tangulaire La configuration rectangulaire a été choisie dans cet exemple parce qu'elle se conforme commodément à la forme normalement utilisée dans la fabrication des fiches d'identi- fication (badges) ou analogues On doit entendre, cependant, que les principes fondamentaux implicites dans les exemples de l'invention proposée contenus ici sont applicables à d'au- tres formes de bobine ou à d'autres composants de communica- tion. Supposons que la bobine 10 soit immergée dans un champ magnétique alternatif dont le flux i est dirigé dans la direc- tion de la flèche 11 perpendiculairement à l'axe long 12 de la bobine 10 Sur rotation de la bobine 10 autour de son axe long 12 dans la direction de la flèche 13, d'après des princi- pes bien connus, une tension sera induite dans la bobine quand son plan sera normal au flux 11, tandis qu'une tension nulle apparaîtra quand la bobine aura effectué une rotation de 900, de sorte que le flux 11 cheminera parallèlement au plan de la bobine Si une simple bobine telle que celle qui est représen- tée sur la figure 1 est incorporée dans une fiche utilisée pour l'identification du personnel, on sera raisonnablement as- suré que la bobine sera orientée dans un plan vertical En construisant la fiche et en plaçant son attache de fixation ou son point de suspension convenablement, il est possible aussi de faire en sorte que la bobine soit orientée avec son axe lon dans une direction particulière, par exemple verticale Ce- pendant, peuisinon aucun contrôle ne pourra être exercé sur l'orientation angulaire relative autour de l'axe long 12 de la bobine 10 alors qu'elle sera portée après un portail ou une position d'interrogation Néanmoins, il est important pour un dépistage sûr que la fiche soit capable d'un couplage effectif avec la position du portail quelle que soit son orientation autour de l'axe 12 Ceci ne peut être assuré que si un coupla- ge inductif nettement isotropique peut être obtenu entre la bobine 10 et le champ magnétique dans un plan qui soit normal au plan général de la bobine 10 et, dans ce cas, normal à l'a- xe 12. Les figures 2 et 3 auxquelles on se réfère maintenant montrent une structure de fiche complète comprenant un ensem- ble de bobines qui présente la réponse isotropique exigée dans un plan comme cela a été mentionné ci-dessus La structure de la fiche est désignée par le chiffre de référence générale 20 et consiste en une première bobine 21 et une seconde bobine 22 ayant chacune la forme d'une boucle à configuration de ga- lette formée d'enroulements conducteurs électriques de fil iso- lé encerclant un axe qui est normal au plan général de la bo- bine Ainsi que cela est montré, les bobines 21 et 22 coinci- dent pratiquement et sont disposées en superposition l'une sur l'autre à une proximité telle que le couplage par transforma- teur unit les deux bobines électriquement. La bobine 22 est munie de conducteurs terminaux 23 et 24 de raccordement à un circuit électronique (non montré) qui dans cet exemple est situé sur une plaque de circuit imprimé 28 Le raccordement au circuit a lieu à travers les bornes 29 et 30 Un condensateur 31 est raccordé à travers les conduc- teurs terminaux 26 et 27 pour accorder la bobine 21 d'une ma- nière qui sera décrite ci-après. Une mince bande 12 de matière perméable magnétiquement est disposée relativement à la bobine 22 en s'étendant à tra- vers sa largeur sous un côté de la bobine 22 entre elle et la bobine 21, à travers la bobine 22 et par-dessus l'autre côté en 33 La fonction de la bande 32 est de fournir un chemin de flux de faible réluctance à travers la bobine 22 qui soit par- ticulièrement efficace pour détourner le flux, normalement parallèle au plan de la bobine 22, à travers la bobine 22 en relation de liaison. En vue d'un objectif qui sera aussi discuté plus loin, une feuille 34 de matière perméable magnétiquement, de préfé- rence aussi grande que la bobine 21, est disposée parallèle- ment à la bobine 21 dans une position adjacente à celle-ci du côté éloigné de la bobine 22 Immédiatement adjacente à la feuille 34 se trouve la plaque de circuit imprimé 28 contenant le circuit électronique (non montré) auquel est raccordée la bobine 21 Finalement, la plaque de circuit imprimé 28 contac- te une batterie plate 35 de dimension comparable Ainsi que cela est montré, le circuit imprimé sur la plaque 28 est relié aux bornes 36 et 37 qui sont raccordées par les conducteurs 38 et 39 à la batterie 35. La batterie 35, ayant des composants en métal conduc- teur dans lesquels des courants de Foucault peuvent être in- duits, tendra à modifier le couplage inductif effectif entre la bobine 21 et tout champ magnétique alternatif dans lequel elle est immergée Généralement, en l'absence de la feuille perméable 34, la tension induite dans la bobine 21 quand elle est positionnée normalement aux lignes de flux sera plus éle- vée qu'en l'absence de la batterie 35 et sera abaissée par la présence de la batterie Cependant, la feuille perméable 34 fournit un chemin latéral au flux entrant au centre de la bo- bine 21, et porte ledit flux vers les bords de la batterie 35 en surmontant par là au moins partiellement la dégradation de la réponse qui autrement se produirait. Le dispositif de bobines est destiné à fonctionner dans un champ magnétique alternatif Des modèles d'essai ont été produits et accordés pour un fonctionnement à 25 k Hz, bien que l'on puisse faire varier cette fréquence d'après les exi- gences de l'ensemble du système Cela est mentionné ici simple- ment à titre d'exemple Pendant la fabrication de l'ensemble de bobines, les valeurs appropriées pour la résistance 25 et le condensateur 31 peuvent être déterminées au mieux empiri- quement Sur la figure 4, l'ensemble de bobines est d'abord placé à la position " 1 "t dans un champ magnétique alternatif pratiquement collimaté et uniforme La bobine 21 est alors ac- cordée par un condensateur variable, à la place du condensa- teur 31, jusqu'à ce qu'une tension maximum apparaisse sur un compteur (non montré) à travers les bornes 26 et 27 Ceci se- rait la condition résonnante L'intensité de réception à ce réglage doit être notée Ensuite, on doit faire faire à l'en- semble une rotation de 900 à la position " 12 "', à la suite de quoi une résistance réglable, à la place de la résistance 25, est ajustée jusqu'à ce que l'intensité de réception lue sur un compteur à travers les bornes 23 et 24 soit environ la moi- tié de celle qui a été notée dans la phase précédente Puis l'ensemble est renvoyé à la position " 1 " et le condensateur est réajusté à la lecture maximum sur le compteur à travers les bornes La position " 12 "t est alors de nouveau assumée et la résistance 25 est réajustée Les réglages alternés ci-des- sus sont continués jusqu'à ce qu'une réponse égale soit obte- nue de chacune des bobines 21 et 22 à un niveau maximum Les valeurs de la résistance réglable et du condensateur sont no- tées et peuvent maintenant être remplacées par des composants de valeur fixe En contrôlant d'une manière appropriée la cons- truction des bobines 21 et 22, il est possible de conserver leurs paramètres d'unité en unité dans des limites suffisam- ment étroites qui, une fois que les valeurs de résistance et de capacité ont été déterminées, peuvent continuer à être uti- lisées jusqu'à ce que la construction des bobines soit modi- fiée. Ainsi que cela a été mentionné précédemment, un ensem- ble de bobines tel qu'il a été décrit en se référant aux fi- gures 2 et 3 a été construit et essayé avec le résultat que l'intensité de réception apparaissant à travers le condensa- teur 31 a été trouvée extrêmement uniforme sans chute obser- vable, comme la bobine était mise en rotation de 3600 autour de son axe long vertical C'est-à-dire que pour un plan normal au plan des enroulements l'ensemble est pratiquement isotropi- que. Pour l'exemple particulier présenté ici, les éléments perméables magnétiquement 32 et 34 peuvent être formés de per- malloy ou d'acier au silicium ou analogue et avoir une épais- seur de 0,0254 mm à 0,1016 mm ( 1 à 4 millièmes de pouce) Des bandes plus épaisses peuvent être utilisées, mais on doit ac- corder attention à l'espacement accru produit entre les bobi- nes 21 et 22 et au découplage qui en résulte ainsi qu'au coût. La batterie 35 peut être de toute construction convenable Cet- te batterie dans la catégorie primaire qui se trouve dans le commerce est empaquetée dans une enceinte du type feuille de métal plate On peut-se la procurer auprès de Polaroid Corpo- ration sous la marque de fabrique "POLAPULSE". Les figures 5 et 6 auxquelles on se réfère maintenant montrent une autre forme de réalisation démontrant moins d'a- nisotropie dans un plan normal au plan de l'ensemble de bobi- nes, bien que pas aussi isotropique que la forme de réalisa- tion décrite en se référant aux figures 2 et 3 Dans la forme de réalisation des figures 5 et 6, il est prévu une seule bo- bine 40 de construction bobinée avec des bornes 41 et 42 Une bande de matière perméable magnétiquement 41 est disposée au- dessus de la bobine 40, comme le montre la figure 6, en s'é- tendant intérieurement à partir d'un point situé au-delà du périmètre le plus extrême radialement de la bobine plate 40, vers l'axe de ladite bobine à peu près parallèlement au plan de ladite bobine et à travers les enroulements de la section adjacente 44 de la bobine Une autre bande 45 de matière per- méable magnétiquement est disposée en recouvrant une autre sec- tion des enroulements de la bobine en 46, du côté opposé dans la direction axiale de ladite bobine plate de la première ban- de 43 (Voir les figures 5 et 6). Une couche de matière isolante 47 pratiquement de même étendue que la bobine 40 est disposée entre la bobine 40 et l'une des bandes perméables, à savoir la bande 45 Une batte- rie 48, semblable à la batterie 35, de construction approxima- tivement plate, d'une surface nettement plus grande que l'une ou l'autre des bandes 43 ou 45, est disposée dans une position adjacente à la bande 45, c'est-à-dire la bande qui est séparée de la bobine 40 par la couche isolante 47 et est à peu près parallèle à la fois à la couche isolante 47 et à la bobine 40. Comme le montrent les figures, les bandes 43 et 45 sont appro- ximativement alignées avec un léger chevauchement vu dans la direction axiale de la bobine 40 (Voir la figure 5). Bien qu'elle ne soit pas montrée sur la figure 5, la couche isolante 47 peut être une plaque de circuit imprimé con- tenant un circuit sur la plaque interconnecté avec la bobine via les bornes 41 et 42 d'une manière semblable à celle dé- crite et montrée sur les figures 2 et 3. Quand la bobine 40 est placée dans un champ magnétique, le flux dans une direction normale au plan général de la bobi- ne 40 reliera la bobine de la manière habituelle aux bandes perméables ayant un effet négligeable Cependant, la présence de la batterie 48 provoquera une certaine atténuation du si- gnal produit par la bobine 40 pour cette orientation, pour la raison discutée précédemment. Si la bobine 40 est orientée avec son plan parallèle aux lignes de flux magnétiques, la situation suivante se pro- duira Quand l'ensemble de bobines est orienté dans la position montrée et avec les lignes de flux orientées horizontalement, comme on le voit sur la figure, le flux "verra"t un chemin de faible réluctance via les bandes 43 et 45 à travers le plan de la bobine 40 muis à travers l'air environnant De ce fait, le couplage inductif effectif qui normalement ne se produirait pas est maintenant obtenu Si la bobine est maintenant mise en rotation dans le champ autour d'un axe vertical, comme on le voit sur la figure 5, c'est-à-dire autour d'un axe normal au papier, comme on le voit sur la figure 6, des chutes légères seront observées en réponse Néanmoins, cette forme de réali- sation est raisonnablement isotropique pour la relation qui vient d'être discutée. Des bandes perméables de divers échantillons de permal- loy ainsi que d'acier au silicium ont été utilisées avec suc- cès dans la fabrication des ensembles de bobines avec isotro- pie améliorée comme cela a été décrit ici Théoriquement, tou- te matière ayant une perméance magnétique plus grande que l'air peut être utilisée avec quelque avantage Pour que les matières à haute perméabilité soient plus efficaces, la sélection fina- le sera influencée par des considérations de cofût, de dimension et de poids. Ayant décrit les formes de réalisation présentement préférées de l'invention, il est clair à l'homme de l'art que de nombreuses modifications de construction peuvent être adop- tées sans se départir du véritable esprit de l'invention telle qu'elle est définie dans les revendications annexées. R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif de bobine destiné à être utilisé dans un système de communications dans lequel le couplage entre ledit dispositif et un autre composant de communication est à établir en reliant ledit dispositif et ledit composant à un champ magnétique alternatif, caractérisé par le fait que ledit dispositif comprend une bobine ( 10; 21; 40) ayant la forme d'une boucle à configuration du type galette, formée d'enroule- ments conducteurs électriques encerclant un premier axe qui est normal au plan général de ladite bobine et un moyen ( 22) comprenant une matière perméable magnétiquement, disposé pour coopérer dans une position adjacente auxdits enroulements con- ducteurs, et intercalé avec ceux-ci pour procurer un couplage inductif pratiquement isotropique entre lesdits enroulements conducteurs et ledit champ magnétique dans un plan qui est nor- mal audit plan général. 2 Dispositif de bobine suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen comprend une seconde bobine ( 22) présentant une configuration du type galette dis- posée à côté, à peu près parallèle à et couplée avec ladite première bobine ( 21). 3 Dispositif de bobine suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite seconde bobine ( 22) est montée en série avec une résistance ( 25) dans une boucle fer- mée de telle sorte que le couplage inductif magnétique avec ladite seconde bobine produit un flux de courant circulant dans ladite seconde bobine, qui par action de transformateur, in- duit une tension dans ladite première bobine ( 21). 4 Dispositif de bobine suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite seconde bobine ( 22) coinci- de pratiquement avec et est superposée sur ladite première bobine mentionnée ( 21). Dispositif de bobine suivant la revendication 4, caractérisé par le fait qu'une bande ( 32) de matière perméable il magnétiquement est disposée relativement à ladite seconde bo- bine ( 22) pour procurer un chemin de flux de faible réductance à travers ladite seconde bobine. 6 Dispositif de bobine suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite bande ( 32) s'étend à tra- vers la largeur de ladite seconde bobine ( 22) sous un côté à travers la bobine et par-dessus l'autre côté. 7 Dispositif de bobine suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'une feuille ( 34) de ladite matière perméable magnétiquement est disposée parallèlement à ladite première bobine ( 21) dans une position adjacente à celle-ci du côté éloigné de ladite seconde bobine ( 22). 8 Dispositif de bobine suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que ladite bobine ( 21) est munie de bornes ( 29, 30) de raccordement à un circuit électronique et qu'un condensateur ( 31) est raccordé à travers lesdites bornes pour accorder ladite première bobine ( 21) par rapport à la fré- quence dudit champ magnétique. 9 Dispositif de bobine suivant la revendication 8, caractérisé par le flait que la surface de ladite feuille ( 34) de matière perméable qui est éloignée desdites bobines ( 21, 22) est en contact avec une plaque ( 28) de circuit imprimé contenant ledit circuit électronique et que ladite plaque de circuit im- primé est en contact avec une batterie plate ( 35). 10 Dispositif de bobine suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une bande ( 32) de matière perméable magnétiquement est disposée relativement à ladite seconde bo- bine ( 22) pour procurer un chemin de flux de faible réluctance à travers ladite seconde bobine. 11 Dispositif de bobine suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une feuille ( 34) de matière perméa- ble magnétiquement est disposée parallèlement à ladite premiè- re bobine ( 21) dans une position adjacente à celle-ci. 12 Dispositif de bobine suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite première bobine ( 21) est munie de bornes ( 29, 30) pour raccordement à un circuit élec- tronique et qu'un condensateur ( 31) est raccordé à travers lesdites bornes pour accorder ladite première bobine mention- née ( 21) par rapport à la fréquence dudit champ magnétique. 13 Dispositif de bobine suivant la revendication 12, caractérisé par le fait que ladite seconde bobine ( 22) est montée en série avec une résistance ( 25) dans une boucle fer- mée de telle sorte que le couplage inductif magnétique avec ladite seconde bobine produit un flux de courant circulant dans ladite seconde bobine qui par action de transformateur produit une tension dans ladite première bobine ( 21). 14 Dispositif de bobine suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que ladite bande ( 32) s'étend à tra- vers la largeur de ladite seconde bobine ( 22) sous un côté à travers la bobine et par-dessus l'autre coté. Dispositif de bobine suivant la revendication 14, caractérisé par le fait qu'une feuille ( 34) de ladite matière perméable magnétiquement est disposée parallèlement à ladite première bobine ( 21) dans une position adjacente à celle-ci. 16 Dispositif de bobine suivant la revendication 14, caractérisé par le fait que ladite seconde bobine ( 22) est mon- tée en série avec une résistance ( 25) dans une boucle fermée, de telle sorte que le couplage inductif magnétique avec ladite seconde bobine produit un flux de courant circulant dans la- dite seconde bobine qui par action de transformateur induit une tension dans ladite première bobine ( 21). 17 Dispositif de bobine suivant la revendication 16, caractérisé par le fait qu'une feuille ( 34) de ladite matière perméable magnétiquement est disposée parallèlement à ladite première bobine ( 21) dans une position adjacente à celle-ci. 18 Dispositif de bobine destiné à 9 tre utilisé dans un système de communications dans lequel le couplage entre le- dit ensemble et un autre composant de communication est à éta- blir en reliant ledit dispositif et ledit composant à un champ magnétique alternatif, caractérisé par le fait que ledit dis- positif comprend une première bobine ( 21) et une seconde bo- bine ( 22) chacune ayant la forme d'une boucle à configuration du type galette formées d'enroulements conducteurs électriques encerclant un axe qui est normal au plan général de la bobine, lesdites bobines ( 21, 22) étant couplées électriquement et dis- posées avec leurs plans généraux en parallèle, au moins l'une ( 21) desdites bobines étant munie de bornes ( 29, 30) de raccor- dement à un circuit électronique, un moyen ( 32) associé à la- dite première bobine ( 21) pour permettre à ladite première bo- bine de se relier effectivement aux lignes de flux magnétiques qui sont normales au plan général de ladite première bobine et un moyen associé à ladite seconde bobine ( 22) pour permettre à ladite seconde bobine de se relier effectivement aux lignes de flux magnétiques qui sont parallèles au plan général de ladite seconde bobine, de telle sorte qu'un couplage inductif pratiquement isotropique est obtenu entre ledit dispositif de bobine et ledit champ magnétique dans un plan qui est normal auxdits plans généraux. 19 Dispositif de bobine suivant la revendication 18, caractérisé par le fait qu'un condensateur ( 31) est raccordé à travers lesdites bornes ( 29, 30) à l'une ( 21) desdites bobi- nes ( 21, 22) pour accorder ladite bobine par rapport à la fré- quence dudit champ magnétique. 20 Dispositif de bobine suivant la revendication 19, caractérisé par le fait que l'autre bobine ( 22)desdites bobi- nes ( 21, 22) est montée en série avec une résistance ( 25) dans une boucle fermée, de telle sorte que le couplage inductif ma- gnétique avec ladite autre bobine produit un fl'ux de courant circulant dans ladite autre bobine, qui par action de transfor- mateur, induit une tension dans l'une ( 21) desdites bobines ( 21, 22). 21 Dispositif de bobine suivant la revendication 20, caractérisé par le fait qu'une bande ( 32) de matière perméable magnétiquement est disposée en s'étendant à travers la largeur de ladite autre bobine ( 22) desdites bobines ( 21, 22) sous un côté, a travers la bobine ( 22) et au-dessus de l'autre c Bté pour fournir un trajet de flux de faible réluctance à travers ladite autre bobine ( 22).