Brevet FR2637746A1 — publié le 19900413

MOTEUR LINEAIRE MAGNETOSTRICTIF A AMPLIFICATION D'ELONGATION OU DE RETRECISSEMENT DESCRIPTION La présente invention concerne un moteur linéaire magnétostrictif à amplification d'élongation ou de rétrécissement. Ce moteur peut s'appliquer à un haut-parleur omnidirectionneL à membrane puLsante sphérique et rigide, magnétostrictive , ou à la production de sons par La membrane d'un haut-parleur classique, il peut aussi être utilisé comme hydrophone. On ne connaît pas actuellement de moteur linéaire simple et peu coûteux, à ampLification d'élongation ou de rétrécissement, c'est-à-dire de moteur Linéaire dont tes deux extrémités, en mouvement dans des sens opposés, subissent des élongations ou des rétrécissements amPLifiés, vis-à-vis de la distance entre ces deux extrémités. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et notamment de réaliser un moteur lineaire à amplification d'élongation ou de rétrécissement, de structure très simple et peu coûteuse. Ce but est atteint grâce à L'utilisation d'un matériau magnétostrictif. On sait qu'un barreau d'un matériau magnetostrictif présente, seLon le matériau magnétostrictif utilisé, ta propriété de se rétrécir ou de s'allonger lorsqu'iL est soumis à un - champ magnétique. Un alliage de nickeL-cobalt par exempLe présente La propriété de se rétrécir. L' invention utilise plus précisément cette propreté et a pour objet un moteur Linéaire magnétostrictif à amplification d'élongation ou de rétrécissement, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier barreau de matériau magnétostrictif de forme linéaire, ayant une première et une deuxième extrémités repérées dans un sens prédéterminé, au moins une première bobine capable d'induire un champ magnétique dans ce premier barreau sous l'effet d'un courant électrique appliqué à cette première bobine, pour provoquer une variation de longueur de ce premier barreau, et au moins un deuxième barreau de matériau magnétostricitif, de forme linéaire, disposé parallèlement et au voisinage du premier barreau et ayant une première et une deuxième extrémités repérées selon le sens prédéterminé, au moins une deuxième bobine capable d'induire un champ magnétique dans le deuxième barreau sous L'effet -d'un courant électrique appliqué à cette deuxième bobine, pour provoquer une variation de longueur de ce deuxième barreau, et des moyens de couplage mécanique de La première extrémité du premier barreau avec la deuxième extrémité du deuxième barreau, pour qu'il y ait cumul des variations de longueurs des premier et deuxième barreaux entre la deuxième extrémité du premier barreau et la première extrémité du deuxième barreau. Selon une autre caractéristique de L'invention, les deux barreaux ont des masses identiques. Selon une autre caractéristique, lesdites première et deuxième bobines forment deux solénoides respectivement bobinés sur Les premier et deuxième barreaux, le premier barreau et Le premier soténo;de ayant une masse totale égale à celle du deuxième barreau et du deuxième solénoïde. Selon une autre caractéristique, Lesdits soténoides sont reliés en série et sont alimentés par un même courant électrique. Selon une autre caractéristique, les barreaux ont une forme tubulaire et sont disposés coaxialement. Selon une autre caractéristique, tes moyens de couplage mécanique comportent un tube ayant une première extrémité solidaire de la première extrémité du premier barreau et une deuxième extrémité solidaire de ta deuxième extrémité du deuxième barreau. Selon une autre caractéristique, Les premier et deuxième barreaux ont des Longueurs identiques, La première extrémité du premier barreau etant située à proximité de la première extrémité du deuxième barreau et entre les première et deuxième extrémités de ce deuxième barreau, la deuxième extrémité du deuxième barreau étant située au voisinage de La deuxième extrémité du premier barreau et entre les première et deuxième extrémités du premier barreau. Selon d'autres caractéristiques, L'invention s'applique à la production d'ondes électroacoustiques. Les caractéristiques et avantages de L'invention ressortiront mieux de ta description qui va suivre donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'un moteur Linéaire, conforme à L'invention ; - La figure 2 illustre schématiquement un autre mode de réalisation préférentiel du moteur linéaire de L'invention. Le moteur linéaire à double effet représente schématiquement sur la figure 1, dans un premier mode de réalisation de L'invention, comporte un premier barreau 1 d'un matériau magnétostrictif, de forme linéaire, présentant une première extrémité 2 et une deuxième extrémité 3 qui sont repérées selon un sens orédéterminé, par exemple dans le sens de la flèche 4. Ce barreau est associé à une première bobine 5 capable d'induire un champ magnétique dans ce premier barreau, sous l'effet d'un courant électrique appliqué à cette première bobine et qui est fourni par une source de courant électrique 6.Ce champ magnétique provoque une variation de longueur, par exemple un aLlongement s L1, de la longueur L1 de ce barreau si le courant fourni par la source 6 induit dans le barreau, un champ magnétique variable s'ajoutant à un champ continu de polarisation du barreau. Le moteur comporte aussi un deuxième barreau 7 de matériau magnétostrictif, de forme linéaire, disposé parallèlement et au voisinage du premier barreau 1. Ce deuxième barreau présente lui-aussi une première extrémité 8 et une deuxième extrémité 9 repérées dans le sens de ta flèche 4. Ce deuxième barreau est associé à une deuxième bobine 10 capable d'induire un champ magnétique dans ce deuxième barreau, sous L'effet d'un courant électrique appliqué à cette deuxième bobine. Ce courant électrique peut autre fourni par la source électrique 6 décrite plus haut si les deux bobines 5 et 10 sont reliées en série, ou par une autre source, non représentée sur cette figure, lorsque les bobines 5 et 10 ne sont pas reliées. Le champ magnétique induit dans le deuxième barreau provoque une variation de Longueur Lez iL2 de la longueur L2 de ce barreau, si comme indiqué plus haut, le champ induit dans le deuxième barreau est un champ magnétique variable s'ajoutant à un champ continu de polarisation de ce deuxième barreau. Enfin, te moteur comprend des moyens de couplage mécanique entre la première extrémité 2 du premier barreau et la deuxième extrémité 9 du deuxième barreau. Ces moyens de couplage mécanique peuvent etre constitués par exernte car une tige rigide Il non magnétostrictive, (laiton ou cuivre en matière plastique rigide) rendue solidaire de La première extrémité 2 du premier barreau et de La deuxième extrémité 9 du deuxième barreau. Ces moyens de couplage permettent d'assurer le cumul b LI +zip2 des variations de tongueur des premier et deuxième barreaux entre Les extrémités 3 et 8 de ces deux barreaux.IL en résulte qu'avec un moteur de ce type, dont L'encombrement Longitudinal est inférieur au cumuL des Longueurs L1+L2 des deux barreaux, il est possible d'obtenir des variations de Longueurss L1+ tLZ identiques aux variations de longueur qui seraient obtenues si ces deux barreaux étaient placés bout à bout. De manière préférentielle, les premier et deuxième barreaux 1, 7, ainsi que Les bobines 5, 10, qui Leur sont respectivement associées et qui forment des solénoides, présentent des masses identiques. Si Les deux barreaux ont des Longueurs identiques, pour obtenir des variations de longueur ALI et 1L2 identiques, il est nécessaire que Les enrouLements des bobines associees à chaque barreau soient calculés pour induire dans ces barreaux des champs magnétiques appropriés. En effet, il est souhaitable, pour assurer un cumul parfait des variations de Longueur des barreaux lorsqu'fun champ magnétique est induit dans ces barreaux, que ces barreaux présentent des quantités de mouvements égales, Lorsque La tige Il n'est pas soLidaire d'un bâti fixe. La figure 2 représente schématiquement un autre modè de réaLisation du moteur linéaire de L'invention. Dans ce mode de réalisation, les premier et deuxième barreaux qui sont représentés ici respectivement en 20 et 21, ont une forme Linéaire tubulaire et sont disposés coaxialement. On distingue sur cette figure la première bobine 20 formant un solénoïde autour du premier barreau 22 et La deuxième bobine 23 formant un solénoidé autour du deuxième barreau 21. Le champ magnétique induit dans chacun des barreaux résulte de l'application d'un courant électrique à chacun de ces soLeno;des, ce courant étant fourni par une source d'alimentation 24, Les soléno;des étant connectés en série dans L'exemple représenté sur cette figure.Les solénoïdes peuvent bien entendu cotre alimentés par des sources électriques séparées et ne sont pas dans ce cas, connectés en série ; dans ce cas, comme indiqué plus haut, Les enroulements des soténoides sont calculés de façon appropriée. Les moyens de couplage mécaniques comportent, dans ce mode de réalisation, un tube 25 ayant une première extrémité solidaire de la première extrémité 26 du premier barreau, et une deuxième extrémité soLidaire de la deuxième extrémité 27 du deuxième barreau. De manière préférentielle, les premier et deuxième barreaux 20, 21 ont des longueurs identiques et sont positionnés de telle sorte que la première extrémité 26 du premier barreau soit située à proximité de la première extrémité 28 du deuxième barreau ; la première extrémité 26 du premier barreau est de pLus située entre les première et deuxième extrémites 28, 27 du deuxième barreau. La deuxième extrémité 27 du deuxième barreau est située au voisinage de ta deuxième extrémité 29 du premier barreau et entre les première et deuxième extrémités 26, 29 de ce premier barreau. Comme dans Le mode de réalisation précédent et pour assurer durant le fonctionnement, des quantités de mouvements identiques des barreaux et des soténoides qui leur sont associés, la masse du oremier barreau et du solenolde qui lui est asssocié est égale à la masse du deuxième barreau et du solénoïde qui Lui est associe. Dans ce mode de realisation préférentiel du moteur de l'invention, les deux barreaux ont La même Longueur L et sont disposés de sorte que la première extrémité du premier barreau est très voisine de ta première extrémité du deuxième barreau, et que ta deuxième extrém Le moteur linéaire qui vient d'être décrit s'applique à la production d'ondes électroacoustiques Lorsqu'il est couplé à une membrane pulsante sphérique et rigide, en matériau magnétostrictif tel que décrit dans la demande de brevet européen n00177383. Dans ce cas ta référence 30 désigne ta membrane sphérique et rigide de ce haut-parleur de type omnidirectionnel. Ce haut-parleur omnidirectionnet ne sera pas décrit ici en détail car il est bien connu dans L'état de la technique et notamment par la demande de brevet précitée. Dans cette application, le moteur est disposé de manière à s'appuyer en deux points opposés de la membrane sphérique ; il est alimenté par le courant périodique à basse fréquence correspondant aux sons graves de l'onde acoustique à reproduire.Le courant périodique à moyennes et à fréquences élevées correspondant aux sons médium et graves à reproduire, est appliqué soit directement à La membrane rigide de type magnétostrictif, soit à un enroulement superposé à cette membrane magnétostrictive. Le haut-parleur omnidirectionnel ainsi conçu permet de reproduire toute La gamme des fréquences audibles. Comme indiqué plus haut, afin d'éviter un doublage des fréquences lors du fonctionnement, ces barreaux magnétostrictifsdoivent être polarisés par un champ magnétique constant obtenu par un courant continu traversant les bobinages disposés autour des barreaux. Il est évident que pour obtenir des amplifications d'élongations ou de rétrécissements plus importants, on peut utiliser des montages imbrigués, identiques à celui qui vient d'être décrit. Le moteur qui vient d'être décrit, compte tenu des qualités du phénomène magnétostrictif, indépendantes de la fréquence, peut être couplé à une membrane telle qu'utilissée dans un haut-parleur classique, pour reproduire toute la gamme des fréquences audibles. It peut également, au-delà des fréquences audibles, produire des ultrasons. Dans te mode de réalisation de la figure 2 et pour éviter les vibrations transversales des barreaux au cours du fonctionnement du moteur, une matière souple d'amortissement, telle aue du caoutchouc occupe t'espace compris entre les moyens de couplage 25 et Le premier barreau 22 et l'espace compris entre Les moyens de couplage 25 et le deuxième barreau 21. REVENDICATIONS 1. Moteur linéaire magnétostrictif à amplification d'éLongation ou de rétrécissement, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier barreau (22) de matériau magnétostrictif de forme linéaire, ayant une première et une deuxième extrémités (26, 29) repérées dans un sens prédéterminé, au moins une première bobine t20) capable d'induire un champ magnétique dans ce premier barreau sous L'effet d'un courant électrique appliqué à cette première bobine, pour provoquer une variation de Longueur de ce premier barreau, et au moins un deuxième barreau (21) de matériau magnétostrictif, de forme linéaire, disposé parallèlement et au voisinage du premier barreau et ayant une première et une deuxième extrémités (28, 27) repérées selon Le sens prédéterminé, au moins une deuxième bobine (23) capable d'induire un champ magnétique dans le deuxième barreau sous l'effet d'un courant électrique appliqué à cette deuxième bobine, pour provoquer une variation de longueur de ce deuxième barreau, et des moyens de couplage mécanique (25) de la première extrémité (26) du premier barreau (22) avec la deuxième extrémité (27) du deuxième barreau (21) pour qu'il y ait cumul des variations de Longueurs des premier et deuxième barreaux entre La première extrémité t28) du deuxième barreau (21) et la deuxième extrémité (29) du deuxième barreau t22 > . 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux barreaux ont des masses identiques. 3. Moteur selon La revendication 2, caractérisé en ce que Lesdites première et deuxième bobines (20, 23) forment deux solénodes respectivement bobinés sur les premier et deuxième barreaux (21, 22), te premier barreau et le premier sclénoide ayant une masse totale égale à celle du deuxième barreau et du deuxième sotiénoide. 4. Moteur selon ta revendication 3, caractérisé en ce que lesdits soléno;des sont reliés en série et sont alimentés par un même courant électrique. 5. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que tes deux solénoides sont alimentés par deux courants différents. 6. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les barreaux ont une forme tubulaire et sont disposés coaxialement. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de couplage mécanique comportent un tube en matière non magnétostrictive (25) ayant une première extrémité solidaire de ta première extrémité (26) du premier barreau (22) et une deuxième extrémité solidaire de ta deuxième extrémité (27) du deuxième barreau (21). 8. Moteur selon La revendication 7, caractérisé en ce que Les premier et deuxième barreaux (22, 21) ont des Longueurs identiques, la première extrémité (26) du premier barreau (22 > étant située à proximité de la première extrémité (28) du deuxième barreau (21) et entre les première et deuxième extrémités (28, 27) de ce deuxième barreau, la deuxième extrémité (27) du deuxième barreau (21) étant située au voisinage de la deuxième extrémité (29) du premier barreau (22) et entre les première et deuxième extrémités (26, 29) du premier barreau (22). 9. Application du moteur conforme à La revendication 8, à la production d'ondes électroacoustiques dans les Liquides comme hydrophone. 10. Application du moteur conforme à lå revendication 8, à ta production d'ondes éLectroacoustiques par un haut-parleur omnidirectionnel à membrane pulsante sphérique et rigide en matériau magnétostrictif, la première extrémité (28) du deuxième barreau et la deuxième extrémité (29) du premier barreau s'appuyant en deux points diamétralement opposés de ladite membrane (30), Le courant appliqué aux première et deuxième bobines (20, 23) étant un courant périodique à basses fréquences superposé à un courant continu de polarisation. 11. Application du moteur conforme à la revendication 8, à la production d'ondes électroacoustiques de toute la gamme de fréquences audibLes et ultra-sonores, par couplage de ce moteur magnétostrictif à une membrane de type utilisé dans un haut-parleur classique.