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Demande de brevet aux Etats-Unis d'Amérique n 386886 du 10 juin 1982 en faveur de V. C. WESTCOTT.
La présente invention concerne un dispositif à enroulement à utiliser dans un système de communication. Elle a trait en particulier à un dispositif à enroulement à utiliser dans un système de communication dans lequel l'orientation spatiale du dispositif à enroulement par rapport à d'autres éléments du système ne peut pas être déterminée d'avance.
Il existe de nombreux systèmes de communication dans lesquels une communication doit être établie
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entre deux ou plus de deux éléments au moyen d'un champ magnétique de liaison et dans lesquels au moins un des éléments est mobile par rapport à l'autre de sorte qu'une sensibilité isotrope est importante pour le maintien de la communication. La nécessité de disposer d'une réponse isotrope dans des systèmes de recherche de personnes et de surveillance d'articles, pour ne citer que deux exemples, est clairement apparente.
En supposant qu'une communication doive être établie vers un enroulement en boucle ou à partir de celui-ci au moyen d'un champ magnétique à courant alternatif, il s'avère qu'il est difficile d'assurer un couplage magnétique adéquat entre l'enroulement et le champ quelle que soit l'orientation spatiale de l'enroulement par rapport aux lignes de flux constituant ce champ. Il est bien connu par exemple qu'un enroulement plat plongé dans un champ magnétique dans lequel toutes les lignes de flux sont parallèles au plan de l'enroulement n'accuse qu'un faible couplage magnétique ou pas de couplage du tout avec un tel champ. Par ailleurs, si on utilise l'enroulement pour produire le champ, les lignes de flux sont orientées perpendiculairement au plan général de l'enroulement et non parallèlement à celui-ci.
L'action d'un tel enroulement est nettement anisotrope et des conditions de zéro existent dans tout système de communication dans lequel l'orientation spatiale de l'enroulement ne peut pas être prédéterminée.
Cela étant, l'invention a pour but de réduire les relations de zéro du type mentionné plus haut et de produire un dispositif à enroulement présentant une anisotropie inférieure à celle des enroulements connus jusqu'à présent. Suivant l'invention, il est prévu un dispositif à enroulement à utiliser dans un système de communication dans lequel un couplage entre le dispositif et un autre élément de communication doit être établi
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par liaison de l'enroulement et de l'élément au moyen d'un champ magnétique,
l'enroulement ayant la forme d'une boucle en fond de panier formée de spires conductrices électriques qui encerclent un axe perpendiculaire au plan général du dispositif à enroulement et dans laquelle une matière magnétiquement perméable est disposée près des spires conductrices et est en corrélation avec celles-ci pour fournir un trajet de flux à faible réductance qui traverse le plan de l'enroulement en fond de panier d'un côté à l'autre de celui-ci.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante de la forme d'exécution préférée donnée à titre d'exemple avec référence au dessin annexé dans lequel : la Fig. l est un schéma synoptique d'un système de communication dans lequel les éléments sont reliés par un champ magnétique ; la Fig. 2 est une vue schématique d'un dispositif à enroulement en forme de fond de panier et de son circuit associé illustrant le milieu dans lequel l'invention peut être utilisée ; la Fig. 3 est une vue schématique d'un enroulement en fond de panier dans une orientation par rapport aux lignes de flux existant dans un champ magnétique ; la Fig. 4 est une vue semblable à la Fig. 3, mais montrant la relation du flux pour une autre orientation du dispositif à enroulement ;
la Fig. 5 est une vue de côté de l'enroulement de la Fig. 4 illustrant certaines orientations supplémentaires du dispositif à enroulement ; la Fig. 6 est une vue en élévation de face d'un dispositif à enroulement construit conformément à l'invention, et la Fig. 7 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 7-7 de la Fig. 6.
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La Fig. l illustre une source de signaux 10 reliée à un récepteur de signaux 11 par des ondes magnétiques 12 qui passent entre eux. La source 10 et le récepteur 11 peuvent être des éléments d'un système de communication connu quelconque dans lequel un couplage est établi entre les éléments par un champ magnétique.
Comme mentionné plus haut, un exemple d'un tel système est un système de recherche de personnes et, dans ces systèmes, l'élément de destination a la forme d'un petit récepteur qui n'est habituellement pas plus grand qu'un paquet de cigarettes, porté par un individu qui se déplace en travaillant. Par conséquent, l'orientation spatiale du récepteur par rapport à la source de signaux change continuellement. On rencontre une situation semblable dans divers autres systèmes de communication.
A titre d'exemple, on suppose que le récepteur de signaux 11 comporte un enroulement en boucle du type en forme de fond de panier plat 13 connecté à un circuit approprié 14, comme le montre la Fig. 2.
On suppose en outre que l'enroulement 13 est plongé dans un champ magnétique, comme le montre la Fig. 3 dans laquelle l'enroulement 13 est vu du dessus et les lignes de champ magnétique sont en substance telles qu'indiquées par les traits interrompus 15. C'est-àdire que toutes les lignes de flux sont en substance parallèles les unes aux autres et perpendiculaires au plan de l'enroulement 13. Il s'agit là du cas normal et, pour un tel cas, on comprendra sans difficulté qu'une liaison de flux maximum est obtenue entre l'enroulement 13 et le flux 15. Mais si l'enroulement 13 est orienté de telle façon que son plan soit parallèle aux lignes du flux dans lequel il est plongé, comme le montre la Fig. 4, le couplage magnétique est habituellement nul ou au moins négligeable. 11 s'agit là du cas qualifié de parallèle.
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Vu de côté, comme sur la Fig. 5, l'enroulement 13 peut être tourné de 3600 autour de son axe comme indiqué par la flèche 16 sans accroître le couplage magnétique. Par" orientation nulle", on entend ci-après une orientation pour laquelle une liaison magnétique minimum est obtenue.
Les Fig. 6 et 7 illustrent un exemple d'un enroulement conforme à l'invention. Un enroulement plat 13 est prévu et comporte des bornes d'extrémité 21 et 22. Plusieurs bandes minces de matière magnétiquement perméable, dans le cas présent quatre bandes 23,24, 25 et 26 sont montées sur l'enroulement 13. Les bandes 23 à 26 peuvent être faites d'une ferrite ou d'une matière analogue et peuvent être unies à l'enroulement 13 par un adhésif ou un agent de jonction adéquat.
Comme le montre le dessin, la bande 23 part d'un point situé d'un côté de l'enroulement en fond de panier 13 au delà de son périmètre radialement extérieur et s'étend vers l'intérieur vers l'axe de l'enroulement et parallèlement à son plan général en travers de ses spires adjacentes en 27. La bande 24 est disposée en substance dans le prolongement de la bande 23 mais du côté opposé de l'enroulement 13, partant également d'un point situé au delà du périmètre radialement extérieur de l'enroulement 13 et s'étendant vers l'intérieur vers son axe et parallèlement à son plan général en travers de ses spires adjacentes en 28.
D'une manière analogue, les bandes 25 et 26 sont appliquées sur des parties de l'enroulement en 29 et 30 respectivement, une bande étant placée de chaque côté de l'enroulement et ces bandes étant disposées d'une manière générale dans le prolongement l'une de l'autre mais étant orientées de manière que leurs axes soient perpendiculaires aux longs axes des bandes 23 et 24. Pour une raison décrite ci-après, une ou plusieurs des bandes
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perméables peuvent être d'une dimension et d'une forme différentes de celles des autres.
Lorsque le dispositif à enroulement des Fig. 6 et 7 est placé dans un champ magnétique, le flux dans un sens perpendiculaire au plan de l'enroulement 13 est couplé à l'enroulement de la manière habituelle, les bandes perméables ayant un effet négligeable. Cependant, si l'enroulement 13 est orienté comme sur la Fig. 4, c'est- à-dire que son plan est parallèle aux lignes de flux magnétique, la situation suivante se présente. Lorsque le dispositif à enroulement est orienté de telle sorte que les axes longitudinaux des bandes 23 et 24 coïncident avec la direction du flux, le flux"voit"un trajet à réductance plus faible par l'intermédiaire des bandes 23 et 24 à travers le plan de l'enroulement 13 qu'à travers l'air ambiant et est ainsi dévié à travers l'enroulement 13 de manière à établir la liaison.
La Fig. 5 illustre le dispositif à enroulement précisément dans cette relation. Comme les bandes 25 et 26 sont perpendiculaires aux bandes 23 et 24 et sont disposées sur des côtés opposés dans le sens axial de l'enroulement, leur contribution nette est insignifiante. Mais si l'enroulement 13, encore parallèle au flux magnétique, est tourné dans le sens de la flèche 16 de 90 , le flux passe à présent par l'intermédiaire des bandes 25 et 26 à travers le plan de l'enroulement.
Il est cependant possible d'orienter l'enroulement 13 dans le champ 15 de telle sorte que deux ou plus de deux trajets de flux relient l'enroulement. Dans ce cas, on peut rencontrer une situation de zéro. D'une manière plus spécifique, lorsque l'enroulement 13 tourne autour d'un axe perpendiculaire à son plan et tandis que son plan est parallèle aux lignes de flux du champ 15, deux points zéro se présentent à 180 l'un de l'autre. Ces points zéro se présentent lorsque les lignes de flux 15
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coïncident avec l'orientation indiquée par la ligne en traits interrompus 31 sur la Fig. 6. La raison de la présence du point zéro est claire. En l'absence des bandes 23 à 26, aucune liaison de flux avec l'enroulement 13 ne serait établie.
Le flux qui se déplace d'une manière générale parallèlement à la ligne 31, est confronté à plusieurs trajets à faible réductance. L'un de ces trajets passe par les bandes 24 et 25 en série d'un côté axial de l'enroulement 13, un autre trajet passe par les bandes 23 et 26 en série de l'autre côté axial de l'enroulement 13 et aucun de ces traJets n'est relié à l'enroulement 13. Un autre trajet implique les bandes 23 et 24 en série tandis qu'encore un autre trajet implique les bandes 25 et 26 en série mais les deux trajets mentionnés en dernier lieu sont reliés à l'enroulement 13 de manière à y induire des tensions en opposition de phase. Ceci introduit donc l'état de zéro.
Lorsque l'enroulement 13 est tourné de 900 dans un sens ou dans l'autre de telle sorte que le flux soit aligné avec la ligne en traits interrompus 32, l'état opposé s'établit. Les bandes 23 et 26 fonctionnent à présent en parallèle, les bandes 24 et 25 fonctionnant aussi en parallèle pour fournir des trajets à faible réductance qui traversent l'enroulement 13 en cohérence de phase par rapport aux tensions induites dans l'enroulement 13.
Il convient de noter à propos de la Fig. 6 que les lignes 31 et 32, tout en étant perpendiculaires l'une à l'autre, ne sont pas placées le long des bisectrices des angles formés entre les axes longitudinaux des bandes 23 à 26 mais en sont légèrement décalées. Ce décalage est dû à l'écart de la symétrie introduit par modification de la forme et de la dimension de la bande 26. La relation de dimension et de forme particulière représentée sur la Fig. 6 n'est donnée qu'à titre d'exem-
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pie et dépend des emplacements souhaités des points zéro.
C'est-à-dire que, selon l'utilisation prévue du dispositif à enroulement, certains emplacements moins gênants que d'autres peuvent être prévus pour les positions zéro. Dans ces cas, un certain degré de réglage peut être réalisé par le choix judicieux de la forme et de la dimension des bandes.
D'un point de vue purement théorique, les points zéro peuvent être supprimés si l'appareil est agencé de telle façon que lorsque, par suite de l'orientation de l'enroulement par rapport au champ magnétique, l'amplitude du flux traversant la zone centrale de l'enroulement par l'intermédiaire des bandes perméables est égale à, l'amplitude du flux traversant la zone centrale indépendamment des bandes, les phases des tensions induites dans l'enroulement par suite des deux composantes de flux ne sont pas déphasées de 180 . Même un léger écart de la relation de 180 donne un signal net significatif pour cette orientation de l'enroulement.
Pour une certaine autre orientation, la différence de phase entre les deux tensions induites peut être égale à 180 mais dans ce cas les amplitudes ne sont plus égales, ce qui permet d'éviter un point zéro profond en cet endroit.
On peut obtenir un certain réglage de la relation de phase en choisissant des bandes perméables dans lesquelles des courants de Foucault sont produits en service. Les courants de Foucault tendent à retarder le cycle du flux dans les bandes. Par exemple, une bande en permalloy d'une épaisseur de 0,25 mm contient suffisamment de courants de Foucault induit à 25 KHz pour introduire un déphasage significatif. Il est également souhaitable de prévoir une différence de phase entre les deux jeux de bandes-perméables et ceci peut être réalisé à l'aide de rapports épaisseur : largeur dif-
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férents entre les bandes.
Bien que la description qui précède se rapporte à l'utilisation de l'enroulement 13 dans une situation de réception de signaux, il est clair que les principes d'utilisation peuvent être appliqués d'une manière tout aussi avantageuse au cas de l'émission de signaux.
On comprendra que l'on peut utiliser n'importe quelle construction appropriée d'enroulement en forme de fond de panier, l'anisotropie de cet enroulement pouvant être efficacement réduite à l'aide des bandes perméables décrites plus haut. On peut utiliser n'importe quelle matière présentant une perméance supérieure à celle de l'air d'une manière assez avantageuse pour les bandes. Etant donné que les matières à haute perméabilité sont plus efficaces, le choix final est influencé par des considérations de coût, de dimension et de poids.
Bien entendu, l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails d'exécution décrits auxquels de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre.