Brevet FR2559332A1 — publié le 19850809

L'objet de la prdsente invention est un traneducteur électro magndtique & structure symétrique. Ces transducteurs sont par exemple utilisés en électroacoustique, notamment dans les haut-parleurs. Il existe de nombreux transducteurs qui utilisent la force produite par un courant circulant dans un conducteur plongé dans un champ magnétique, en mode moteur, ou le courant produit par un conducteur déplacé dans un champ magnétique , en mode générateur. En mode moteur, cette force F est égale A F , B.L.I (1) relation dans laquelle, B est l'induction magnétique, L, la longueur du conducteur et I, l'intensité du courant circulant dans le conducteur.Il est connu que, pour réaliser un transducteur déplaçant le point d'application de la force F linéairement suivant une direction, un procédé habituel consiste & former un bobinage cylindrique sur un support mince, et d positionner oelui-ci dans le champ magnétique d'un entrefer, les lignes de force du champ étant dirigées radialement. Quand le bobinage est parcouru par un courant, il-tend & se déplacer suivant l'axe du cylindre support du bobinage, dans un sens qui dépend du sens de circulation du courant dans le bobinage. Bribvement, c'est un transducteur électromagnétique linéaire comportant un circuit magnétique composé d'un noyau dont l'axe constitue l'axe de symétrie du transducteur et un support mobile suivant cet axe, autour duquel sont enroulés des bobinages de fil conducteur, caractérisé par le fait que le circuit magnétique comporte deux entrefers centrés sur l'axe de symétrie, dans lesquels sont placés deux bobinages ou deux groupes de bobinages distincts solidaires d'un même support mobile, formant deux ensembles fonctionnels.D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre, illustrée par les figures qui représen- tent t -figure la, un transducteur suivant l'art antérieur, vu en coupe figure lb, un transducteur suivant l'art antérieur, vu en plan -figure 2a, une vue partielle détaillée de la figure la figure 2b, un schéma explicatif -figure 3, une réalisation préférée d'un transducteur sui vant l'invention. Une réalisation typique suivant l'art antérieur est représentée en figures la, en coupe et lb en vue de dessus. Le dispositif comporte un circuit magnétique formé d'un aimant permanent 1, d'une culasse 3 et d'une plaque de champ frontale 2 . La culasse 3 comporte un noyau 7 qui forme avec la plaque frontale 2, l'entrefer 4 . La bobine est réalisée sur un support rigide et mince 5 sur lequel est bobiné un fil conducteur isolé 6, de façon à former un bobinage. Pour que le nombre de spires interceptées par le champ magnétique soit constant, au cours du dEplacement de la bobine, la hauteur H du bobinage est choisie inférieure ou supérieure à la hauteur e de l'entrefer, la configuration la plus utilisée étant celle dont le bobinage est plus haut que l'entrefer. Les valeurs de B,L et I (relation 1) varient au cours du déplacement de la bobine. I1 en résulte une non-proportionnalité entre F et I, entrainant des défauts de linéarité gènants. Ces défauts sont décrits ci-dessous. a) La figure 2 représente une vue partielle de la figure 1; l'entrefer 4, formé par la plaque de champ 2 et le noyau 7 délimite la zone où le flux magnétique est concentré. Les lignes de force du champ magnétique ne sont en fait pas totalement concentrées dans l'entrefer et les lignes de fuite ne sont pas symétriques par rapport à l'entre- fer. Ainsi, l'induction en fonction de la distance, le long du noyau, représentée figure 2b, montre que l'induction est maximum au droit de l'entrefer 8 et varie de façon asymétrique de part et d'autre, car principalement, les lignes de fuite 20 parcourent 100 du coté extérieur, tandis qu'elles n'en parcourent que 20 du coté intérieur. D'où l'inconvénient que le produit B.L augmente quand la bobine se déplace vers l'intérieur du circuit magnétique, tandis que l'inverse se produit quand elle en sort. b) Au cours de son déplacement, l'impédance de la bobine est modulée. En effet, l'impédance du bobinage est la somme d'une composante résistive et d'une composante réactive, la self-inductance, qui est influencée par l'environnement magnétique du bobinage. Quand la bobine pénètre dans l'entrefer, la perméance (inverse de la réluctance) augmente, et la self-inductance augmente donc. Inversément, quand la bobine sort de l'entrefer, la perméance diminue et la selfinductance aussi. Comme généralement, le générateur qui alimente la bobine est une source de tension alternative , à faible résistance interne, le courant I est dépendant de l'impédance du bobinage, et oe courant est modulé au cours du déplacement de la bobine, entrainant donc une non-linéarité dans 1a force obtenue.Un incon dénient particulier à ce phénomène conduit à un fonctionnement analogue à celui d'un redresseur; l'impédance augmente pendant une demialternance du courant I et diminue pendant l'autre, ce qui se manifeste physiquement par un déplacement de la position moyenne mécanique de la bobine, fonction du courant I. c) Le passage du courant I dans la bobine crée une force magnétomotrice NI, N étant le nombre de spires du bobinage, qui s'ajoute ou se retranche de la force magnétomotrice de l'aimant. Comme il y a variation de champ, il y a variation de l'induction, suivant la caractéristique d'aimantation du matériau utilisé pour les pièces polaires, la plaque frontale et plus particulièrement pour l'aimant. La courbe caractéristique d'aimantation des matériaux n'étant pas linéaire, le déplacement du point de fonctionnement-relatif au circuit magnétique sur de petits cycles d'hystérésis entraine donc des non-linéarités dQes à B, dans la relation (1) F=B.L.I d) Aux extrèmes de la valeur atteinte par le courant I, le matériau magnétique approche ou atteint la asturation et entraine une nonlinéarité supplémentaire. Le principe de l'invention consiste à créer un deuxième entrefer coaxial au premier, auquel est associé un deuxième bobinage, également coaxial eu premier. Pour cela, la culasse 3 et le noyau 7 sont séparés et le noyau 7 forme le circuit magnétique en étant fixé au moyen d'un support en matériau amagnétique. Ainsi, le transducteur selon l'invention comporte deux entrefers et deux bobinages formant deux ensembles fonctionnels identiques coaxiaux. Ils sont agencés de manière que les deux forces F engendrées au niveau de chaque ensemble s'additionnent tandis que les défauts de linéarité se retranchent pour s'annuler. Les deux entrefers et les deux bobinages sont centrés sur l'axe de symétrie de révolution du transaucteur et sont situés à chaque extrémité du noyau. Les flux magnétiques au niveau de chaque entrefer sont de sens opposés : pour l'un les lignes de force du champ magnétique vont du bord vers le noyau, tandis que pour l'autre les lignes de force vont du noyau vers le bord. Par conséquent, les enroulements des bobinages doivent être parcourus par des courants en sens inverse pour que les forces engendrées s'additionnent. Les deux bobinages sont solidaires d'un même support cylindrique qui a pour axe l'axe de symétrie de révolution du transducteur. Leur déplacement le long du noyau dans les entrefers sous l'action des deux forces F s'opère de façon antisymétrique, c'est à dire que lorsqu'un bobinage rentre dans un entrefer, l'autre en sort et inversément. D'après les enseignements précédents concernant les inconvés nients a) et b), ce fractionnement permet d'obtenir une compensation des dissymétries d'induction propre à chaque entrefer sur une excursion importante du bobinage, le produit B.L restant constant globalement. I1 permet aussi d'obtenir une modulation résultante du courant I nulle par compensation des modulations de la self-inductance de chaque bobinage, le nombre total de spires entourées par le circuit magnétique restant constant. Egalement, d'après les enseignements précédents concernant les inconvénients c) et d), les forces magnétomotrices produites par les deux bobinages s'annulent dans le circuit magnétique et les nonlinéarités dues à l'hystérésis se compensent pour s'annuler. Une réalisation préférée de l'invention est représentée sur la figure 3 . Le circuit magnétique est constitué de deux plaques de champ 36 et 37, d'un aimant 38 et d'un noyau 30, créant ainsi deux entrefers 34 et 35 . Le noyau 30 est supporté par un étrier 39, réalisé en matériau non magnétique. Le noyau 30 est fixé sur l'étrier 35 à l'aide d'un écrou 40 . Ceci procure l'avantage que le noyau est démontable. Une bobine formant support 31 porte les deux bobinages 32 et 33 . Deux dispositifs de guidage concentriques de la bobine support 31 sont prévus : un premier dispositif 41 solidaire de la plaque de champ 37 ; un deuxième dispositif 42 solidaire de la plaque de champ 35 . Deux modes de réalisation sont possibles pour les bobinages .Dans un premier mode, ils sont bobinés en série, c'est à dire qu'après avoir bobiné la ou les couches formant le bobinage 32, le fil est repris pour le bobinage 33, sans interruption, en inversant le sens de bobinage. Dans ce mode, les deux bobinages sont électriquement en série et forment un seul bobinage, ayant une entrée d'un coté du transducteur et une sortie de l'autre. Dans un deuxième mode, chaque bobinage 32, 33, est bobiné indépen- damment, les entrées et sorties étant alors distinctes. Chaque bobinage est ainsi électriquement indépendant et ils peuvent être con nectés électriquement soit en série, soit en parallèle, en respectant le sens obligé de circulation inverse des courants. Ce deuxième mode de réalisation offre la possibilité de choisir l'impédan- ce du transducteur par le jeu de la connexion série/parallèle, évite l'obligation de changer le sens de rotation de la bobineuse en cours d'opération et permet eventuellement le bobinage simultané des delx bobinages, ce qui en assure absolument l'équilibre. Dans ces deux modes de réalisation, le nombre de spires et de couches est le même pour les deux bobinages. Suivant une variante de réalisation, le noyau 30, l'aimant 38 et les deux plaques de champ 36, 37 sont fixées à un boitier cylindrique en matériau non magnétique, formant protection, ce qui suppri- me ltétrier 39 Les transducteurs électromagnétiques linéaires sont réversibles et fonctionnent comme moteur ou comme générateur, et l'invention s'applique aux deux cas. Une application caractéristique est celle des moteurs de haut-parleurs électroacoustiques dans lesquels la bobine mobile est couplée à une membrane dont le déplacement entraine des variation de pression à la fréquence du courant circulant dans la bobine . L'utilisation du transducteur décrit ci-dessus, en remplacement du moteur conventionnel, améliore considérablement le niveau de distorsion dans le registre grave, où les excursions de membrane et la puissance injectée sont les plus importantes et diminue la transmodulation du registre médium-aigu associée aux grandes excursions de membrane . En outre, certaines formes de distorsion, attribuées à l'utilisation d'aimants à base d'oxydes de Barium ou de Strontium, qui ont une courbe d'aimantation moins linéaire que les aimants au Nickel et Cobalt ( Alnico ) sont corrigées. REVENDICÂTIONS 1) Traneducteur électromagnétique linéaire, comportant un circuit magnétique composé d'un noyau (30), dont l'axe oonstitue l'axe de symétrie du transducteur, d'un aimant (38) et de plaques polaires (36,37),et, un support (30) mobile suivant cet axe, autour duquel sont enroulés des bobinages de fil conducteur, (32,33), caractérisé par le fait que le circuit magnétique comporte deux entrefers (34, 35), distincts, centrés sur l'axe de symétrie, dans le5queb eont placés deux bobinages ou deur groupes de bobinages distincts(32,33) solidaires du mtme support mobile (31), formant deux ensembles fonctionnels. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux entrefers (34,35) sont situés le long du noyau central (30) dans une position telle que les flux magnétiques respectifs, tra- versant les entrefers (34,35) soient de sens opposé par rapport au noyau (30) 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par une disposition symétrique des deux ensembles fonctionnels. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux bobinages (32,33) sont bobinés successivement en sens opposés sur le mime support (31) à partir d'un plume fil, ne comportant qu'une entrée et une sortie. 5) Dispositif selon la revendioation 1, caractérisé par le fait que les deux bobinages (32,33) sont bobinés séparément, sur le n8me support (31) , chaque bobinage (32,33) comportant une entrée et une sortie, permettant de les alimenter séparément ou de recueillir un signal indépendant. 6) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un noyau (30) démontable. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le noyau central (30) est monté sur un support (39) en matériau amagnétique. 8) Dispositif selon la revendication 1, caractérise par le fait que le noyau central (30) est cylindrique et les bobinages ( 32,33) sont circulaires. 9)-Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le support (39) est fixé sur le circuit magnétique (37). REVENDICATIONS 10) Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le transduc- teur est ponté dans un boitier de protection caractérisé par le fait que le boitier constitue le support (39) du noyau (30) et du circuit magnétique (37)