Brevet FR2528644A1 — publié le 19831216

La présente invention est relative à un en- semble à enroulement pour système de communication Elle vise plus particulièrement un ensemble à enroulement pour système de communication dans lequel l'orientation spa- tiale de l'ensemble à enroulement par rapport à d'autres constituants du système ne peut pas être prédéterminée. Il existe de nombreux systèmes de communi- cation dans lesquels il s'agit d'établir une communica- tion entre deuxorganes ou plus par l'intermédiaire d'un champs magnétique de couplage et dans lesquels l'un au moins des organes est mobile par rapport à un autre, de sorte que l'isotropie de la sensibilité est importante pour maintenir la communication Il est évident qu'on a besoin d'une réponse isotrope dans les dispositifs de recherche de personnes et dans les dispositifs de sur- veillance d'articles, pour ne citer que deux exemples. A supposer qu'une communication soit à éta- blir vers ou à partir d'un enroulement formant cadre au moyen d'un champ magnétique alternatif, le problème se pose d'assurer un couplage magnétique adéquat entre l'en- roulement et le champ indépendamment de l'orientation spatiale de l'enroulement par rapport aux lignes de for- ce du champ Il est bien connu, par exemple, qu'un en- roulement plat plongé dans un champ magnétique dans le- quel toutes les lignes de force sont parallèles au plan de l'enroulement subira un couplage magnétique faible ou nul avec un tel champ Par contre, si l'enroulement sert à créer le champ, les lignes de force sont orientées nor- malement au plan général de l'enroulement, et non paral- lèlement à celui-ci L'action d'un tel enroulement est manifestement anisotrope, et il existera des conditions nulles dans tout système de communication dans lequel l'orientation spatiale de l'enroulement ne peut pas être prédéterminée. L'un des buts de la présente invention est par conséquent de réduire les relations d'interaction nulle du type mentionné ci-dessus et de réaliser un ensemble à enroulement présentant moins d'anisotropie que les enroulements connus jusqu'à présent Selon la présente invention, il est proposé un ensemble à enroule- ment pour système de communication dans lequel il s'agit d'établir un comptage entre ledit ensemble et un autre organe de communication en couplant ledit enroulement et ledit organe par un champ magnétique, ledit enroule- ment ayant la forme d'un cadre à configuration en galet- te formé par des spires électriquement conductrices en- tourant un axe qui est normal au plan général dudit en- semble à enroulement, caractérisé en ce qu'un matériau magnétiquement perméable est placé adjacent auxdites spi- res conductrices et disposé par rapport à celles-ci de façon à établir un trajet de flux à faible réluctance qui traverse ledit plan dudit enroulement en galette en allant d'un côté à l'autre de celui-ci. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus amplement de la description détaillée d'une forme de réalisation présentement préfé- rée de l'invention qui est donnée ci-après à titre d'exem- ple non limitatif en référence au dessin ci-annexé, sur lequel: la Fig 1 est un schéma fonctionnel d'un système de communication dans lequel les éléments cons- titutifs sont liés par un champ magnétique; la Fig 2 est une représentation schématique de l'ensemble à enroulement en galette et des circuits qui lui sont associés, qui illustre l'environnement dans lequel la présente invention peut être mise en oeuvre; la Fig 3 est une représentation schématique montrant un enroulement en galette placé dans une pre- mière orientation par rapport aux lignes de force d'un champ magnétique; la Fig 4 est une représentation semblable à celle de la Fig 3, mais montrant la relation de flux pour une autre orientation de l'ensemble à enroulement; la Fig 5 est une vue de profil de l'enrou- lement de la Fig 4 destinée à montrer certaines orien- tations additionnelles de l'ensemble à enroulement; la Fig 6 est une vue de face d'un ensemble à enroulement agencé conformément à la présente inven- tion; et la Fig 7 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 7-7 de la Fig 6. Sur toutes les figures, les éléments cons- titutifs identiques ou homologues sont désignés par les mêmes repères numériques. Selon les dispositions représentées par la Fig 1, une source de signaux 10 est reliée à un récep- teur de signaux 11 par des ondes magnétiques 12 allant de l'un à l'autre de ces éléments La source 10 et le récepteur 11 peuvent être des constituants de n'importe quel ensemble de communication dans lequel le couplage entre les constituants est assuré par un champ magnéti- que Comme indiqué plus haut, on peut en donner comme exemples les systèmes de recherche de personnes Dans les systèmes de ce genre, le récepteur personnel présente la forme d'un petit récepteur qui n'est ordinairement pas plus gros qu'un paquet de cigarettes et que porte une personne lorsqu'elle circule sur son lieu de travail En conséquence, l'orientation spatiale du récepteur person- nel par rapport à la source de signaux change continuel- lement Une situation similaire se rencontre dans de nom- breux autres systèmes de communication. On supposera à titre d'exemple que le ré- cepteur de signaux 11 comporte un enroulement formant ca- dre 13 du type à bobinage en galette plate qui est relié à des circuits appropriés 14, comme représenté par la Fig 2 On supposera en outre que l'enroulement 13 est plongé dans un champ magnétique comme représenté par la Fig 3 o l'enroulement 13 est vu de dessus et o les lignes de force magnétique se présentent sensiblement comme représenté par lés lignes en trait mixte 15 Plus précisément, toutes les lignes de force sont sensible- ment parallèles entre elles et perpendiculaires ou nor- males au plan de l'enroulement 13 Ce cas sera dénommé cas normal, et on voit aisément qu'il s'y produit un cou- plage de flux maximum entre l'enroulement 13 et le champ Mais si l'enroulement 13 est orienté de sorte que son plan soit parallèle aux lignes de force dans les- quelles il est plongé, comme représenté par la Fig 4, le couplage magnétique sera ordinairement nul ou au moins négligeable Ce cas sera dénommé cas parallèle. Lorsqu'il se présente de profil comme repré- senté par la Fig 5, on peut faire tourner l'enroulement 13 d'un tour complet autour de son axe comme représenté par la flèche 16 sans accroissement du couplage magnéti- que Lorsqu'il sera question plus loin d'une orientation à interaction nulle, on devra comprendre par là qu'il s'agit de l'orientation pour laquelle le couplage magné- tique est minimum. Les Fig 6 et 7 représentent un exemple d'un enroulement conforme à la présente invention Il est fait appel à un enroulement plat 13 présentant des bornes 21 et 22 Plusieurs bandes minces de matériau perméable ma- gnétiquement, représentées ici par les quatres bandes 23, 24, 25 et 26 sont assemblées à l'enroulement 13 Les bandes 23 à 26 peuvent être formées d'un matériau à fer- t$i O 644 rite ou similaire, et elles peuvent être réunies à l'en- roulement 13 par un adhésif ou un agent de solidarisa- tion approprié. Comme visible sur le dessin, la bande 23 part d'un point d'un côté de l'enroulement en galette 13 au-delà de son pourtour radialement extérieur et elle s'avance vers l'intérieur en direction de l'axe et paral- lèlement au plan général de l'enroulement 13 en passant d'un côté à l'autre des spires d'enroulement adjacentes en 27 La bande 24 est disposée d'une façon globalement colinéaire à la bande 23, mais du côté opposé de l'enrou- lement 23, en partant aussi d'un point situé au-delà du pourtour radialement extérieur de l'enroulement 13 pour s'avancer vers l'axe et parallèlement au plan général de l'enroulement en passant d'un côté à l'autre des spi- res d'enroulement adjacentes en 28. D'une façon similaire, les bandes 25 et 26 couvrent des portions respectives 29 et 30 de l'enroule- ment, l'une de chaque côté de l'enroulement et de façon globalement colinéaire, mais avec orientation de leur axe longitudinal orthogonalement aux axes longitudinaux des bandes 23 et 24 Pour une raison qui sera exposée plus loin, l'une ou plusieurs des bandes perméables peu- vent différer des autres par leurs dimensions et par leur forme. Lorsque l'ensemble à enroulement des Fig 6 et 7 est placé dans un champ magnétique, le flux orien- té dans une direction normale au plan de l'enroulement 13 interagit avec l'enroulement de la façon usuelle, les bandes perméables exerçant alors un effet négligeable. Par contre, si l'enroulement 13 est orienté comme re- présenté par la Fig 4, de sorte que son plan soit paral- lèle aux lignes de force du champ magnétique, il se pro- duit la situation suivante Lorsque l'ensemble à enrou- lement est orienté en sorte aue les axes longitudinaux des bandes 23 et 24 coincident avec la direction du flux, le flux ne trouve un trajet de moindre réluctarce en em- pruntant les bandes 23 et 24 pour traverser le plan de l'enroulement 13 qu'en passant par l'air environnant, et il se trouve ainsi dévié de façon à traverser l'enroule- ment et à créer une relation de couplage La Fig 5 re- présente l'ensemble à enroulement lcrsqu'il se trouve exactement dans cette situation Vu que les bandes 25 et 26 sont disposées orthogonalement par rapport aux bandes 23 et 24 et qu'elles se trouvent axialement de part et d'autre de l'enroulement, leur contribution glo- bale sera négligeable Mais si l'enroulement 13, restant parallèle au flux du champ, est tourné de 90 dans le sens de la flèche 16, le flux passera à présent par des bandes 25 et 26 pour traverser le plan de l'enroulement. Il est cependant possible d'orienter l'en- roulement 13 dans le champ 15 de façon que l'enroulement interagisse avec deux trajets de flux ou plus Dans un tel cas, on peut rencontrer une situation d'interaction nulle Pour être plus précis, lorsqu'on fait tourner l'enroulement 13 autour d'un axe normal à son plan cepen- dant que son plan reste parallèle aux lignes de force du champ 15, il se produit deux zéros ou minima à 1800 l'un de l'autre De tels zéros se produisent lorsque les li- gnes de force 15 coïncident avec l'orientation indiquée par le tracé en trait mixte 31 de la Fig 6 La raison du zéro est évidente En l'absence des bandes 23 et 26, il ne se produirait pas de couplage de flux avec l'enroulement 13 Le flux, orienté globalement parallèlement à la ligne 31, rencontrerait plusieurs trajets à faible réluctance. L'un de ces trajets traverse en série les bandes 24 et situées axialement d'un même côté de l'enroulement 13, un autre traverse en série les bandes 23 et 26 situées axialement de l'autre côté de l'enroulement 13, et ni l'un ni l'autre de ces trajets ne couple l'enroulement 13 Un autre trajet fait intervenir en série les bandes 23 et 24, et un autre trajet encore fait intervenir en série les bandes 25 et 26, mais les deux trajets mention- nés en dernier lieu interagissent avec l'enroulement 13 en y induisant des tensions électriques qui sont en op- position de phase D'o la situation d'interaction nulle. Lorsque l'on fait tourner l'enroulement 13 de 90 dans un sens quelconque de sorte que le flux se trouve aligné avec la ligne en trait mixte 32, c'est la situation opposée qui a cours Les bandes 23 et 26 agis- sent à présent en parallèle et coopèrent avec les bandes 24 et 25 agissant elles aussi en parallèle pour créer des trajets à faible réluctance qui traversent l'enrou- lement 23 en cohérence de phase à l'égard des tensions induites dans l'enroulement 13, En observant la Fig 6, on peut noter que les lignes 31 et 32, bien qu'elles soient mutuellement orthogonales, ne sont pas situées le long des bissectri- ces des angles formés entre les axes longitudinaux des bandes 23 à 26, mais sont un peu décalées Ce décalage provient de la dissymétrie introduite par l'altération des dimensions et de la forme de la bande 26 La relation de dimensions et de forme particulière qui est représentée par la Fig 6 n'est donnée qu'à titre d'exemple, et elle dépend des emplacements désirés pour les points d'interac- tion nulle Plus précisément, selon l'usage auquel est destiné l'ensemble à enroulement, il peut y avoir cer- tains emplacements pour les positions d'interaction nulle qui sont moins, gênants que d'autres Dans un tel cas, on peut disposer d'une certaine marge de choix en jouant ju- dicieusement sur la forme et sur les dimensions des bandes. D'un point de vue purement théorique, il est possible d'éliminer les points d'interacticn nulle si l'on peut disposer le dis csitif de manière que lorsque, du fait de l'orientation de l'enroulement par rapport au champ ma- gnétique, l'intensité du flux traversant la région cen- trale de l'enroulement en passant par les bandes perméa- bles est égale à l'intensité du flux traversant ladite région centrale indépendamment desdites bandes, les ten- sions électriques induites dans ledit enroulement par lesdites deux composantes de flux ne soient pas mutuelle- ment déphasées de 1800 Il suffit qu'il y ait un léger écart par rapport au déphasage de 1800 pour que l'on obtienne un signal global appréciable pour l'orientation correspondante de l'enroulement Pour une certaine autre orientation, la différence de phase entre les deux ten- sions induites peut être égale à 1800, mais les amplitudes ne seront dans ce cas plus égales, ce qui ce qui évite la présence d'un minimum accentué en ce point. On peut contrôler dans une certaine mesure la relation de phase en choisissant des bandes perméa- bles dans lesquelles il apparaît des courants de Foucault en fonctionnement Les courants de Foucault tendent à re- tarder le cycle du flux dans les bandes Par exemple, une bande en Permalloy de 0,25 mm d'épaisseur donnera lieu à l'induction de courants de Foucault suffisants dans celle-ci à 25 k Hz pour introduire un déphasage ap- préciable Il est également souhaitable qu'il existe une différence de phase entre les deux groupes de bandes perméables, et ceci peut être obtenu en utilisant des bandes dont les rapports de l'épaisseur à la largeur - sont différents. Dans la description qui précède on a consi- déré l'utilisation de l'enroulement 13 dans une situa- tion de réception de signaux, mais il est évident que les dispositions de base qui y sont implicites peuvent être appliquées avec un profit semblable dans le cas de la transmission de signaux. Il va de soi que toute configuration d'en- roulement en forme de galette appropriée peut être uti- lisée avec succès et donner lieu à une réduction de son anisotropie grâce à la mise en oeuvre de bandes perméa- bles comme décrit plus haut Tout matériau présentant une perméance supérieure à celle de l'air peut être utilisé avec un certain profit pour réaliser les bandes Vu que les matériaux dont la perméabilité est la plus forte sont les plus efficaces, le choix final sera influencé par des considérations de prix de revient, de dimensionnement et de poids. R E V E N D I C A T I O N S 1 Ensemble à enroulement pour système de com- munication dans lequel il s'agit d'établir un couplage entre ledit ensemble et un autre organe de communica- tion en couplant ledit enroulement et ledit organe par un champ magnétique, ledit enroulement étant en forme de cadre à configuration en galette formé de spires électriquement conductrices entourant un axe qui est normal au plan général dudit ensemble à enroulement, caractérisé en ce qu'un matériau magnétiquement per- méable ( 24 à 26) est placé adjacent auxdites spires conductrices et disposé par rapport à celles-ci de fa- çon à créer un trajet de flux à faible réluctance qui traverse ledit plan dudit enroulement en galette ( 13) en passant d'un côté à l'autre de celui-ci. 2 Ensemble à enroulement selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ledit matériau magnéti- quement perméable est contenu dans une ou plusieurs bandes ( 24 à 26), et en ce que l'une première au moins ( 23) desdites bandes part d'un point situé d'un côté dudit enroulement en galette ( 13) au-delà de son pour- tour radialement extérieur et s'avance vers l'inté- rieur en direction dudit axe parallèlement audit plan général dudit ensemble à enroulement en coiffant les spires de la partie adjacente de l'enroulement ( 13). 3 Ensemble à enroulement selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce qu'une autre ( 25) parmi les- dites bandes est disposée orthogonalement à ladite pre- mière bande ( 23) et du côté opposé à ladite première bande dans le sens axial dudit enroulement en galette ( 13). 4 Ensemble à enroulement selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ledit matériau magnéti- quement perméable est contenu dans plusieurs bandes ll 2528644 ( 23 à 26), et en ce que deux au moins desdites bandes ( 23 à 24) sont disposées l'une de chaque côté dudit enroulement en galette ( 13) et partent de points res- pectifs situés au-delà du pourtour radialement exté- rieur de l'enroulement en s'avançant vers l'intérieur en direction de l'axe de l'enroulement parallèlement audit plan généralement dudit ensemble à enroulement et en coiffant les spires de la partie adjacente ( 27, 28) de l'enroulement, lesdites bandes étant orientées de façon globalement colinéaire. 5 Ensemble à enroulement selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que deux bandes de plus ( 25, 26) sont disposées l'une de chaque côté dudit enroule- ment et avec une orientation globalement colinéaire de façon que leurs axes longitudinaux soient sensiblement orthogonaux aux axes longitudinaux des deux premières bandes et coiffent des parties ( 29,30) dudit enroule- ment ( 13) de façon semblable auxdites deux premières bandes( 23,24). 6 Ensemble à enroulement selon la revendica- tion 1, caractérisé par un moyen propre à déphaser la tension électrique qui est induite dans ledit enroule- ment ( 13) sous l'effet du flux qui couple ledit enrou- lement sur un premier trajet, par rapport à la tension électrique qui est induite dans ledit enroulement sous l'effet du flux qui couple ledit enroulement sur un se- cond trajet. 7 Ensemble à enroulement selon la revendica- tion 6, caractérisé en ce que ledit moyen comprend des bandes ( 23 à 26) dudit matériau magnétiquement perméa- ble d'épaisseur suffisante à la fréquence de fonction- nement pour permettre la création de courants de Fou- cault dans celles-ci.