Brevet FR2597656A1 — publié le 19871023

ELECTRO-AIMANT A CHAMP REGLABLE, ET APPLICATION AUX FILTRES A RESONANCE GYROMAGNETIQUE La présente invention concerne un électro-aimant comprenant un noyau constitué d'au moins deux parties définissant un entrefer dont la température doit être maintenue constante; un circuit de courant entourant le noyau pour pouvoir y induire un champ magnétique; et des moyens de production de courant alimentant le circuit de courant en réponse à un signal de consigne, de manière que ledit champ magnétique puisse être réglé en fonction dudit signal de consigne. Des électro-aimants de ce type se rencontrent notamment dans les circuits hyperfréquence, tels que des filtres, mettant en oeuvre le principe de résonance gyromagnétique. Les filtres a résonance gyromagnétique utilisent des résonateurs monocristallins, par exemple de ferrite GaYIG ou YIG (grenat yttrium-fer avec ou sans gallium) ou de ferrite de lithium, ou de baryum, placés dans l'entrefer d'un électro-aimant et soumis au champ magnétique continu d'un électro-aimant; le réglage de l'intensité de ce champ magnétique permet de régler la fréquence de travail du filtre. qui fonctionne en passe-bande. En théorie, la fréquence centrale du filtre est donc une fonction linéaire du courant alimentant l'électro-aimant. Cependant il apparait que cette fréquence, qui correspond å la fréquence de résonance gyromagnétique, est également fonction de la température a laquelle sont soumis les résonateurs. Dans les électro-aimants connus, le champ magnétique est réglé par l'intensité du courant qui circule dans le bobinage de l'électro-aimant. Or ce courant d'alimentation produit un effet Joule variable avec son intensité de sorte qu'il est difficile, lorsque ce courant varie, de garder constante la température de l'électro-aimant, et, par conséquent, des résonateurs placés dans son entrefer. Pour résoudre ce problème, il est connu de disposer dans l'entrefer de l'électro-aimant une résistance chauffante régulée en température, permettant en principe de compenser les variations d'effet Joule et de maintenir les résonateurs å température constante. Néanmoins, cette solution présente plusieurs inconvénients d'une part elle est elle-même, par construction, a l'origine de déséquilibres thermiques puisque la résistance constitue une source chaude; d'autre part elle ne respecte pas la géométrie des répartitions de chaleur; et enfin elle impose des contraintes d'utilisation du filtre liées à la faible vitesse d'etablissement des équilibres thermiques nécessaires. Dans ce contexte, la présente invention a pour but un électro-aimant å champ réglable dans lequel la cause essentielle de déséquilibre thermique est supprimée a son origine. A cette fin, l'électro-aimant de l'invention est essentiellement caractérisé en ce que les moyens de production de courant alimentent le circuit de courant avec une puissance électrique indépendante dudit signal de consigne. Le circuit de courant comprend par exemple des premier et second bobinages, et les moyens de production de courant comprennent des première et seconde sources de courant commandées pour faire circuler des premier et second courants respectifs dans les premier et second bobinages, ainsi que des moyens de commande agissant sur lesdites sources de maniere d'une part que la somme des carrés des premier et second courants soit constante quel que soit le signal de consigne et d'autre part que la somme algébrique des premier et second courants varie en fonction dudit signal de consigne. Dans ce qui précède et dans la description qui suit, on entend par "courant", courant I" par exemple) la grandeur électrique qui est caractérisée par une intensité (III par exemple) mesurable en ampères et par un signe algébrique dépendant de la direction de ce courant dans un conducteur par rapport d une direction conventionnelle donnée. De même, le "champ H* désigne la grandeur magnétique caractérisée par une intensité (HI affectée d'un signe dépendant du sens de ce champ. De préférence, les premier et second bobinages sont bobinés ensemble sur l'électro-aimant de façon à occuper sur toute leur longueur sensiblement la même position dans l'espace. Dans le cas où les première et seconde sources de courant sont des sources de courant asservies commandées par des premier et second signaux de commande produits par les moyens de commande, l'asservissement de ces sources est réalisé par prélèvement de tensions aux bornes de deux résistances respectives, respectivement montées en série avec les premier et second bobinages. I1 est par ailleurs avantageux, dans ce dernier cas, que les première et seconde résistances soient en contact thermique l'une avec l'autre, de manière notamment à éliminer les erreurs d'evaluation des premier et second courants, qui seraient dues d des différences de température des premiere et seconde résistances. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est faite ci-aprés, å titre indicatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma général du dispositif de 1 'invention, - la figure 2 est une représentation schématique partielle d'un mode de réalisation particulier de l'invention, dans lequel les premier et second bobinages sont bobinés ensemble, et, - la figure 3 représente une suite d'opérations susceptibles d'être exécutées par un microprocesseur de contrle intégré au dispositif. La présente invention concerne un électro-aimant comportant un noyau en deux parties la, lb, (figure 2), en particulier un électro-aimant commandé de façon d produire un champ magnétique réglable H pour un résonateur gyromagnétique 2 placé dans son entrefer. Le champ magnétique H produit par cet électro-aimant est déterminé par un signal de consigne, par exemple une tension VH dérivée d'une tension de référence VO au moyen d'un diviseur de tension réglable 3a, 3b (figure 1). Le signal analogique de tension de consigne VH est converti en un signal numérique correspondant NH par un convertisseur analogique-numérique 4, et le signal NH est fourni å un microprocesseur 5 affecté au contrôle de l'alimentation électrique de l'électro-aimant. Ce microprocesseur est programmé, selon l'algorithme représenté sur la figure 3, de maniere que le champ magnétique réglable H soit produit par des courants dont la puissance totale est essentiellement indépendante de la valeur du signal de consigne VH Dans le mode de réalisation représenté, le microprocesseur 5 a plus particulièrement pour tâche de contrôler les courants I1 et 12 produits par deux sources de courants 6a, 6b dans deux enroulements ou bobinages indépendants 7a, 7b de l'electro-aimant, de façon telle que la somme 22 11+12 des carrés des courants Iî 12 des deux sources soit égale a une constante Q2 fixée å l'avance et que la somme algébrique I=I1+I2 de ces intensités suive une fonction f de VH (ou de NH, qui est son équivalent numérique) La somme des carrés des courants étant constante, la puissance totale de ces courants est également constante, donc indépendante de la valeur du signal de consigne VH. La fonction f est la loi bien connue et normalement linéaire liant le courant (égal, dans le dispositif de l'invention, d la somme algébrique 1=11+12) qui induit le champ magnétique dans l'électro-aimant, à ce champ magnétique H lui-même; l'expression de la fonction I = f (H) pour un electro-aimant parfait est de la forme K/N ou K est une constante dépendant des unités choisies et N le nombre de spires de l'électro-aimant dans lesquelles circule le courant I. Les bobinages 7a et 7b sont tres préférablement composés d'un même nombre N de spires. Néanmoins, dans le cas ou les bobinages 7a, 7b auraient des nombres de spires respectifs N1, N2 différents, la loi f ne serait plus une simple fonction entre le courant résultant I=I1+I2 et le champ induit H, mais une relation plus complexe faisant intervenir l'un des courants I1 ou 12, par exemple de la forme : I = K H/N2 + Il (1 - N1/N2). Quoiqu'il en soit, la fonction f, qu'on supposera pour plus de simplicité de la forme I=f(H)=KH/N, avec N=N1=N2, est mise en memoire dans le microprocesseur 5. La constante Q2 par exemple fixée à deux fois le carré de la valeur maximale du courant résultant I=I1+I2, (c'est-à-dire Q2=2.I2MAX), est également mise en mémoire dans le microprocesseur 5. Ce dernier calcule, d partir du signal NH qu'il reçoit du convertisseur 4, de la fonction f, et de la grandeur Q2 la somme algébrique I=I1+I2 representative du courant résultant, et les racines I1 e t I2 de l'équation X2-IX+(12-Q2)/2=O. Les racines I1 et I2 représentent les courants qui doivent circuler dans les bobinages 7a, 7b de manière å faire apparaître un champ magnétique H dans 2 et qui sont tels que 2 2 l'électro-aimant, et qui sont tels que 2 + I 2=Q. Des signaux numériques représentant les courants 13 et I2 sont envoyés par le microprocesseur 5 sur deux convertisseurs numériques-analogiques respectifs 8a, 8b dont les sorties respectives délivrent aux sources de courant 6a, 6b, des tensions de commande V11 et V12. Les sources de courant 6a et 6b sont asservies de façon que les courants I1 et I2 qu'elles produisent respectivement correspondent aux tensions VI1 et V12 qu'elles reçoivent. La source 6a comprend essentiellement un convertisseur tension-courant 9a débitant dans une résistance lOa. Ce convertisseur produit par exemple un courant représenté par une fonction croissante de la tension de commande qui lui est appliquée. Un amplificateur lla, travaillant en differentiel, prélève la tension aux bornes de la résistance lOa et alimente un second amplificateur différentiel 12a recevant par ailleurs la tension de consigne V11. La tension de sortie de l'amplificateur 12a, qui est représentative de l'écart entre la tension réelle aux bornes de la résistance lOa et celle qui devrait y apparaître si le courant I1 correspondait bien å la tension de consigne VI1, est ajoutée a cette dernière dans un sommateur 13a dont la sortie commande le convertisseur tension-courant 9a. La source de courant 6b est par exemple totalement analogue d la source 6a et comprend des organes 9b à 13b homologues des organes 9a å 13a. Les résistances lOa, lOb sont respectivement montées en serie avec les bobinages 7a, 7b, et ces derniers sont par exemple branchés entre la masse et les sources 6a 6b, respectivement. Comme le suggère la figure 1 par la proximite réciproque des résistances lOa, lob, ces dernières sont de préférence en contact thermique l'une avec l'autre de manière d supprimer les effets néfastes, sur les asservissements des sources 6a, 6b, que pourraient avoir des variations relatives de résistivité des résistances lOa, lOb, dues à une différence de température entre ces dernières. Pour obtenir la plus grande gamme de réglage possible pour le champ H, il est nécessaire de prévoir que l'un au moins des courants I1, 12 change de sens d l'intérieur de la gamme, comme il resulte directement de l'équation du second degré de la figure 3. Le sens d'enroulement des bobinages 7a' 7b est lié au sens initial des courants I1 I2 pour la plus petite valeur possible du champ H par la règle bien connue d'Ampère ou de Maxwell. Néanmoins. sous reserve de choisir le sens initial adequat de circulation des courant Iî. 12 dans les bobinages 7a 7bt ceux-ci peuvent a priori être bobinés en sens contraire comme le montre la figure 1, ou dans le même sens comme le montre la figure 2. La disposition de la figure 2, selon laquelle les bobinages 7a, 7b sont bobinés dans le même sens, correspond cependant au mode de réalisation préféré car elle permet à ces bobinages d'etre physiquement l'un à côté de l'autre sur toute leur longueur, c'est-å-dire d'adopter pratiquement la même disposition spatiale par rapport à l'ensemble de l'electro-aimant, donc d'adapter avec une plus grande rigueur la géométrie de la source de chaleur que constituent les bobinages a la géométrie de 1 'électro-aimant. Bien que la description de l'invention fasse référence å l'utilisation d'un microprocesseur, il apparaîtra å l'homme de l'art que la fonction remplie, dans le schéma de la figure 1, par les convertisseurs 4, 8a et 8b, et par le microprocesseur 5 pourrait tout aussi bien être remplie par des circuits de calcul analogiques connus en eux-memes et assemblés, selon des techniques également connues, pour exécuter l'algorithme de la figure 3. REVENDICATIONS 1. Electro-aimant comprenant : un noyau constitué d'au moins deux parties définissant un entrefer dont la température doit être maintenue constante; un circuit de courant entourant le noyau pour pouvoir y induire un champ magnétique; et des moyens de production de courant alimentant le circuit de courant en réponse å un signal de consigne, de manière que ledit champ magnétique puisse etre réglé en fonction dudit signal de consigne, caractérisé en ce que les moyens de production de courant alimentent le circuit de courant avec une puissance électrique sensiblement indépendante dudit signal de consigne. 2. Electro-aimant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de courant comprend des premier et second bobinages, et en ce que lesdits moyens de production de courant comprennent des première et seconde sources de courant commandées pour faire circuler des premier et second courants respectifs dans les premier et second bobinages, et des moyens de commande agissant sur lesdites sources de courant de manière d'une part que la somme des carrés des premier et second courants soit constante quel que soit le signal de consigne et d'autre part que la somme algébrique des premier et second courants varie en fonction dudit signal de consigne. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits premier et second bobinages sont bobinés ensemble sur l'électro-aimant de façon d occuper, sur toute leur longueur. sensiblement la même position dans l'espace 4. Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites première et seconde sources de courant sont des sources de courant asservies commandées par des premier et second signaux de commande produits par les moyens de commande, et en ce que l'asservissement de ces sources est réalisé par prélèvement de tensions aux bornes de deux résistances respectives, respectivement montées en série avec les premier et second bobinages. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les première et seconde résistances sont en contact thermique l'une avec l'autre. 6. Application du dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes à l'alimentation électrique d'un électro-aimant associé å un résonateur gyromagnétique.