Brevet FR2735287A1 — publié le 19961213

STRUCTURE DE COUPLEUR ELECTROMAGNETI QUE POUR BUS CONTINU La présente invention concerne une structure de coupleur électromagnétique pouvant être appliqué à un réseau de distribution continu utilisable dans le domaine de l'avionique et de l'espace. Les systèmes électroniques utilisés en avionique moderne sont très complexes (appareils de mesure variés, appareils de commande, etc...) et soumis à des contraintes importantes (vibrations, humidité, perturbations électromagnétiques et capacitives, variations de température, etc ...). En particulier, il est absolument nécessaire que la transmission des données entre les différents équipements de l'avion soit assurée quelques soient ces perturbations, au risque de conduire à des situations catastrophiques. Les bus utilisés dans ce type d'application peuvent faire plusieurs dizaines de mètres et être connectés à plusieurs dizaines d'appareils. Ils doivent transmettre des quantités de données de plus en plus importantes de manière bi-directionnelle, ce qui implique des fréquences de transmission élevées, tout en étant insensibles aux perturbations évoquées plus haut ainsi qu'aux réflexions parasites dues aux variations d'impédances génératrices de signaux parasites et de pertes d'énergie. Une solution permettant d'éviter l'influence néfaste des perturbations extérieures sur les bus de données est de blinder ceux-ci. Une solution permettant d'éviter les perturbations dues aux variations d'impédance le long du bus, est d'avoir un bus continu connecté aux équipements par des coupleurs électromagnétiques. Un projet de normes existe actuellement pour ce type d'application : ARINC 629. Plusieurs architectures de bus ont été proposées comme par exemple celle décrite dans la demande de brevet EP-A-0-282 102 de BOIENG qui divulgue un bus à couplage magnétique mettant en oeuvre une paire torsadée. Les signaux utilisés sont de type doublets, impulsionnels, c'est-à-dire ayant une composante positive et une composante négative. Ces impulsions correspondent à des transitions des signaux de données. La demande de brevet européen EP-A-0-282 101 de BOEING divulgue un bus similaire et plus particulièrement la partie coupleur de ce bus et l'électronique associée. I1 est également proposé des coupleurs amovibles que l'on peut disposer à demeure ou temporairement à un endroit quelconque du bus. Ces coupleurs s'apparentent dans leurs principes de fonctionnement, au dispositif du type pince ampère métrique. De tels coupleurs sont divulgués, notamment par un brevet américain US-A-4 906 879 de AMP Inc. et par la demande de brevet EP--0 473 336 de AMP Inc. Pour placer un coupleur le long du bus, il suffit d'écarter les brins de la paire de fils, à l'endroit d'insertion, d'ouvrir la pince formant le coupleur et de refermer le circuit magnétique de cette pince de manière à emprisonner l'un des deux brins. Ceci constitue alors I'enioulement primaire d'un transformateur, dont l'enroulement secondaire fait partie intégrante de la pince coupleur. Comme on peut le constater, le fait d'avoir un bus continu blindé est incompatible avec la possibilité d'avoir des coupleurs reliés aux équipements à différents endroits du réseau. Une solution consiste à créer une boîte unique dans laquelle on place tous les coupleurs, hors de laquelle le bus est blindé. Cependant, cette solution est incompatible avec une autre exigence qui est de placer les coupleurs le plus près possible des équipements, afin de simplifier les réseaux et de diminuer la longueur des câbles dans un même avion. La présente invention propose une solution simple permettant de résoudre les inconvénients des solutions évoquées, tout en gardant les avantages de chacunes d'elles, c'est-à-dire, distribution optimale des coupleurs, diminution de la longueur des câbles, continuité des bus et isolement de ceux-ci par rapport aux perturbations extérieures. En effet, la présente invention concerne un bus de communication comprenant une paire de fils torsadés entourés par une tresse de blindage, bus sur lequel est connecté au moins un coupleur électromagnétique destiné à être relié à un organe à commander, qui est caractérisé en ce que ladite paire de fils torsadés est continue sur toute la longueur du bus, y compris sur la partie qui traverse ledit coupleur électromagnétique, en ce que ce dernier est blindé extérieurement et en ce que la tresse de blindage qui entoure la paire de fils torsadés est ouverte de part et d'autre du coupleur et est connectée au blindage dudit coupleur de façon à établir la continuité du blindage sur toute la longueur du bus. La présente invention concerne aussi un tel bus qui est caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs coupleurs électromagnétiques directement reliés les uns aux autres, chaque coupleur comprenant une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie pour ladite paire de fils torsadés, les coupleurs étant reliés les uns aux autres par leurs ouvertures de sortie et d'entrée respectives, de façon à établir la continuité du blindage qui les entoure, la tresse de blindage qui entoure la paire de fils torsadés étant ouverte dans la zone de l'ouverture d'entrée du premier coupleur et dans la zone de l'ouverture de sortie du second coupleur et connecté au blindage desdits coupleurs. Les coupleurs électromagnétiques sont blindés et de préférence constitués de deux parties en contact électrique l'une avec l'autre : une partie coupleur inductif et l'autre partie coupleur électronique. La présente invention concerne aussi un coupleur électromagnétique qui est constitué par un boîtier comportant une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie pour bus continu, lesdits boîtiers étant revêtus extérieurement par un revêtement de blindage, lesdites ouvertures d'entrée et de sortie du boîtier sont constituées par des cheminées de section transversale différentes entourées extérieurement par ledit revêtement de blindage, la section extérieure de l'une des cheminées étant telle que la tresse qui entoure la paire de fils torsadés puisse recouvrir ladite cheminée. Ces coupleurs peuvent être accouplés par engagement l'un dans l'autre par leur cheminée d'entrée ou de sortie respective. Ainsi, la continuité électrique et la continuité du blindage du bus sont réalisées. La présente invention sera mieux comprise et des avantages supplémentaires apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre illustrée par les figures suivantes: - la figure 1 représente une exemple de réalisation d'un réseau de distribution de coupleurs électromagnétiques selon la présente invention, - la figure 2 représente une vue détaillée de la structure externe d'un coupleur utilisé dans l'exemple de la figure 1, - la figure 3 représente une vue éclatée d'un autre exemple de réseau de distribution de coupleurs électromagnétiques selon l'invention, - la figure 4 représente un troisième exemple de réalisation de réseau de distribution de coupleurs électromagnétiques selon l'invention, - et la figure 5 représente le détail d'un exemple de structure interne d'un coupleur électromagnétique selon l'invention. Comme le montre la figure 1, un bus continu blindé 1 est constitué de deux fils torsadés 2 isolés par une gaine non représentée d'une tresse de blindage 3 isolant le bi-filaire torsadé 2 vis-à-vis de l'extérieur. Cette tresse blindée étant elle-même entourée d'une gaine isolante non représentée sur la figure. Un coupleur électromagnétique blindé 4 est connecté au fil 2 du bus 1 par couplage inductif. Selon une caractéristique importante de la présente invention, la connexion entre le coupleur électromagnétique 1 et les fils 2 du bus est réalisée en ouvrant sur une longueur sensiblement inférieure à celle du coupleur, la tresse de blindage 3 de manière à ne pas rompre la continuité électrique des fils 2 et à venir ceindre ceux-ci par des pièces de ferrite destinées au couplage inductif entre le coupleur électromagnétique 4 et les fils 2. La figure 2 représente de façon plus détaillée la connexion entre le bus 2 et le coupleur 4. Comme on peut le voir, le coupleur 4 est muni de part et d'autre de son boîtier de deux ouvertures 8 et 9 d'entrée et de sortie des fils 2. Ces ouvertures ont la forme de cheminées que vont venir recouvrir les deux extrémités de la tresse de blindage 4. De préférence, celleci aura été ouverte sur un longueur exactement égale à la longueur du boîtier du coupleur 4, de manière à venir recouvrir complètement les entrées-sorties 8 et 9 de part et d'autre du coffrage du coupleur 4. Le boîtier ainsi que les cheminées d'entrée-sortie 8 et 9 du coupleur 4 sont revêtus extérieurement et intérieurement par un revêtement métallique de blindage, et les surfaces extérieures blindées des entrée-sortie 8 et 9 sont recouvertes par la tresse de blindage 3. Selon une autre caractéristique importante de la présente invention, les entrée-sortie 8 et 9 de ce coupleur 4 sont munies de gorges 11 et 12 permettant de recevoir des bagues de serrage 13 et 14. Ces bagues de serrage viennent enserrer la tresse de blindage 3 autour des entrée-sortie 8 et 9, de manière à réaliser la continuité du blindage du bus 1. Un autre mode de réalisation de la présente invention consiste à accoupler entre eux plusieurs coupleurs électromagnétiques du type du coupleur 4 par engagement l'une dans l'autre de leurs cheminées d'entrée ou de sortie respectives 8 et 9 et est représenté par la figure 3. Pour cela, les entrée-sortie 8 et 9 des coupleurs 4 ont des sections transversales sensiblement ovales différentes et complémentaires. L'entrée ou la sortie 8 a une section intérieure équivalente à la section extérieure de l'entrée-sortie 9 de manière à connecter un coupleur à un autre en venant recouvrir l'entréesortie 9 d'un premier coupleur blindé par l'entrée-sortie 8 d'un autre coupleur blindé de même type. De préférence, un joint métallique élastique du type bague de masse sera placé autour d'une des gorges 10 ou 11 de l'entrée ou sortie 9 recouverte par l'entrée et sortie 8 d'un autre coupleur. Ainsi, la continuité du blindage du bus est conservée quelque que soit le nombre de coupleurs connectés entre eux. Afin de verrouiller les coupleurs entre eux, chaque boîtier de coupleur comporte dans la zone de la cheminée de plus forte section 8, une fente 21 recevant une plaquette de verrouillage 22 venant en prise avec la cheminée de section plus faible 9 du coupleur adjacent engagée dans la cheminée précitée. Cette plaquette de verrouillage 22 comporte un évidement sensiblement circulaire et ouvert, bordé par des pattes élastiques. Cet évidement vient en prise avec une gorge annulaire 10 prévue sur l'extrémité de la cheminée de plus faible section 9 du coupleur adjacent, en plus de la première gorge annulaire 1 1 recevant le joint métallique élastique 13. Avantageusement, et comme cela est représenté sur les figures 1 à 5, le coupleur électromagnétique est constitué de deux parties pouvant être connectées et déconnectées électriquement entre elles : une partie coupleur inductif 4, comprenant les ferrites et les bobines, et une partie électronique 7 comprenant les cartes électroniques permettant de traiter les signaux récupérés sur les fils 2 (amplification, mise en forme des signaux, etc...) avant de les envoyer grâce à un câble blindé 6 à l'organe à commander 5. Pour cela, le coupleur inductif 4 est équipé d'une troisième entrée-sortie 15 en forme de cheminée, sur laquelle va pouvoir être branchée la partie électronique 7 du coupleur électromagnétique.Cette connexion est réalisée selon le principe évoqué plus haut de la connexion entre deux coupleurs, c'est-à-dire que l'entrée-sortie 15 du coupleur inductif 4 a une section intérieure équivalente à la section extérieure de l'entrée-sortie 16 en forme de cheminée de la partie coupleur électronique 7. L'entrée-sortie 16 est pourvue, sur son pourtour extérieur, d'une gorge 17, de manière à recevoir un joint métallique élastique avant d'être recouverte par l'entrée-sortie 15 du coupleur inductif 4. De préférence, et comme cela est indiqué sur la figure 3, une rainure 18 est réalisée dans le coffrage du coupleur 4 perpendiculairement à l'entrée-sortie 15 de manière à recevoir une plaquette de verrouillage 19 qui va venir par pression enclaver l'extrémité de l'entrée-sortie 16 de la partie électronique 7 de la même manière que pour le verrouillage de deux coupleurs. Cette dernière comporte sur le pourtour extérieur de son extrémité une gorge 20 autour de laquelle la pièce de maintien va venir se fixer par pression. Ainsi, le fabriquant de bus doit pouvoir fournir à ses clients des bus blindés continus sur lesquels auront été placés un ou plusieurs conducteurs inductifs à des positions prédéterminées, laissant à son client la possibilité de venir connecter et déconnecter les circuits électroniques 7 reliés aux équipements par une opération ne risquant pas d'endommager le bus de communication. C'est ce qui est représenté par la figure 4, sur laquelle un ensemble de cinq coupleurs inductifs 4 selon l'invention a été assemblé, une partie électronique de couplage 7 a été connectée à l'un deux, laissant la possibilité selon les besoins de venir connecter d'autres parties électroniques pour d'autres équipements. La figure 5 représente une vue éclatée d'un coupleur inductif selon l'invention. Ce coupleur est constitué de deux parties 23 et 24 réalisant le boîtier blindé de l'ensemble suivant un plan situé sur l'axe des cheminées 8 et 9. La connexion inductive avec les fils 2 est réalisée par deux ferrites constituées de deux parties 25 et 26 en forme de E venant se fixer par leurs extrémités ouvertes et formant deux ouvertures au travers desquelles passent les fils 2. Des bobines 27 permettent de transmettre dans les deux sens les signaux entre la partie électronique 7 (non représentée sur la figure 5) via l'entrée-sortie 15, et les fils 2 du bus de communication 1. De préférence, la paroi intérieure de l'entrée-sortie 9 à faible section est pleine et traversée par deux ouvertures pour les fils, ou bien pourvue d'un joint élastique comportant deux ouvertures pour laisser passer les fils 2. De même, il est possible lorsque la connexion en 9 est faite entre un coupleur inductif selon l'invention et les fils (et non pas entre un coupleur et un autre), d'ajouter un joint élastique en deux parties 28 et 29, munie de deux ouvertures pour laisser passer les fils 2. Cela permet d'assurer l'étanchéité des deux fils et de les maintenir en entrée et sortie du coupleur 4. Dans ce cas, la tresse de blindage 3 du bus peut être enserrée entre la paroi interne de la cheminée à forte section 8 et la tranche de ce joint en deux parties 28 et 29. Enfin, de manière à isoler l'ensemble du bus, à protéger la partie de la tresse de blindage dénudée et pour une meilleure homogénéité, l'ensemble câble + coupleur(s) peut être recouvert par un film thermostatique. La présente invention est particulièrement bien adaptée pour les bus de connexion utilisés dans l'avionique et l'aérospatiale. REVENDICATIONS 1". Coupleur électromagnétique (4) destiné à être connecté sur un bus de communication (1) comprenant une paire de fils torsadés (2) entourés par une tresse de blindage (3), ledit coupleur étant constitué par un boîtier comportant une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie (8,9) pour ledit bus (1), ledit boîtier étant revêtu extérieurement par un revêtement de blindage, caractérisé en ce que lesdites ouvertures d'entrée et de sortie (8,9) du boîtier sont constituées par des cheminées (8,9) de sections transversales différentes entourées extérieurement et intérieurement par ledit revêtement de blindage, la section extérieure des deux cheminées (8,9) étant telle que la tresse (3) qui entoure la partie de fils torsadés (2) puisse recouvrir lesdites cheminées (8,9). 2". Coupleur électromagnétique (4) accouplé directement à un ou plusieurs autres coupleurs (4), caractérisé en ce que lesdits coupleurs (4) sont accouplés par engagement l'une dans l'autre de leurs cheminées d'entrée ou de sortie (8,9) respectives. 39 Coupleur électromagnétique (4) conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'engagement desdites cheminées (8,9) l'une dans l'autre établit la continuité de leur revêtement extérieur de blindage. 4" Coupleur électromagnétique (4) conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il assure la fonction induction du couplage et est relié à un circuit amplificateur (7) assurant le traitement électronique. 5". Coupleur électromagnétique (4) conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une troisième cheminée (15) engagée sur une cheminée (16) constituant l'entrée d'un boîtier (7) renfermant un circuit d'amplification. 6". Coupleur électromagnétique (4) conforme à l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les boîtiers des coupleurs (4) sont verrouillés l'un à l'autre. 79 Coupleur électromagnétique (4) conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que chaque boîtier comporte dans la zone de la cheminée de plus forte section (8) une fente (21) recevant une plaquette de verrouillage (22) venant en prise avec la cheminée de section plus faible (9) engagée dans la cheminée précitée (8). 8". Coupleur électromagnétique (4) conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que la plaquette de verrouillage (22) comporte un évidement sensiblement circulaire et ouvert bordé par deux pattes élastiques, cet évidement venant en prise avec une gorge annulaire (10) prévue sur l'extrémité de la cheminée de plus faible section (9) du coupleur adjacent (4). 9". Coupleur (4) conforme à l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'entre la cheminée de section plus faible (9) et la cheminée de section plus forte (8) est insérrée une bague métallique (13) élastique établissant la continuité du blindage entre les boîtiers. 10 . Coupleur électromagnétique (4) conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que la bague métallique élastique (13) est logée dans une cavité annulaire (11) prévue sur le pourtour de la cheminée de plus faible section (9). 11". Coupleur électromagnétique (4) conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'à l'intérieur des cheminées (8,9) est engagé un joint élastique (28,29) assurant l'étanchéité des deux fils (2) du bus de communication (1). 120. Coupleur électromagnétique (4) conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que ledit joint est en deux parties (28,29) et comporte deux ouvertures pour le passage des deux fils (2). 13". Coupleur électromagnétique (4) conforme à l'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce que ladite troisième cheminée (15) du boîtier du coupleur (4) engagée sur la cheminée (16) du boîtier d'amplification (7) est verrouillée à cette dernière par des moyens (18,19) analogues à ceux (21,22) assurant le verrouillage des boîtiers des coupleurs (4). 140. Coupleur électromagnétique (4) conforme à l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le boîtier est en deux parties (23,24) assemblées suivant un plan situé sur l'axe des cheminées (8,9). 15". Coupleur électromagnétique (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couplage inductif avec les fils (2) est assuré par deux fentes constituées de deux parties (25,26) en forme de E dont les extrémités ouvertes sont fixées entre elles de manière à constituer deux ouvertures par lesquelles passent les fils (2).