FR3091031A1 - TUNING DEVICE - Google Patents
TUNING DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- FR3091031A1 FR3091031A1 FR1873486A FR1873486A FR3091031A1 FR 3091031 A1 FR3091031 A1 FR 3091031A1 FR 1873486 A FR1873486 A FR 1873486A FR 1873486 A FR1873486 A FR 1873486A FR 3091031 A1 FR3091031 A1 FR 3091031A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- tuning
- piezoelectric transducer
- assembly
- piezoelectric
- tuning device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 51
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 8
- 239000002707 nanocrystalline material Substances 0.000 description 14
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 4
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 229910000702 sendust Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100034274 Diamine acetyltransferase 1 Human genes 0.000 description 1
- 101000641077 Homo sapiens Diamine acetyltransferase 1 Proteins 0.000 description 1
- 101000713305 Homo sapiens Sodium-coupled neutral amino acid transporter 1 Proteins 0.000 description 1
- 101000640813 Homo sapiens Sodium-coupled neutral amino acid transporter 2 Proteins 0.000 description 1
- 101000716973 Homo sapiens Thialysine N-epsilon-acetyltransferase Proteins 0.000 description 1
- 102100020926 Thialysine N-epsilon-acetyltransferase Human genes 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N iron silicon Chemical compound [Si].[Fe] XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
- H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
- H01F1/147—Alloys characterised by their composition
- H01F1/153—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
- H01F1/15333—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing nanocrystallites, e.g. obtained by annealing
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
Dispositif d’accord présentant une inductance d’accord destinée à être accordée avec une capacité d’un ensemble d’au moins un transducteur piézoélectrique à une fréquence d’utilisation de l’ensemble d’au moins un transducteur piézoélectrique, le dispositif d’accord comprenant un noyau magnétique torique comprenant une partie magnétique à base d’un matériau ferromagnétique nanocristallin, un ensemble d’au moins un entrefer en matériau amagnétique et au moins un enroulement d’un élément conducteur réalisé autour du noyau magnétique torique. Figure pour l’abrégé : Fig . 1Tuning device having a tuning inductor intended to be tuned with a capacity of an assembly of at least one piezoelectric transducer at a frequency of use of the assembly of at least one piezoelectric transducer, the agreement comprising a toric magnetic core comprising a magnetic part based on a nanocrystalline ferromagnetic material, a set of at least one air gap in non-magnetic material and at least one winding of a conductive element produced around the toric magnetic core. Figure for the abstract: Fig. 1
Description
DescriptionDescription
Titre de l'invention : Dispositif d’accordTitle of the invention: Tuning device
[0001] Le domaine de l’invention est celui des dispositifs d’accord. Ces dispositifs trouvent une utilité pour l’alimentation des transducteurs piézoélectriques, notamment dans le domaine des sonars, par exemple des antennes d’émission d’ondes acoustiques.The field of the invention is that of tuning devices. These devices find a utility for supplying piezoelectric transducers, in particular in the field of sonars, for example acoustic wave transmitting antennas.
[0002] La nature capacitive d’un transducteur piézoélectrique représente une difficulté majeure pour son alimentation. En effet, certains transducteurs « consomment » une puissance réactive qui peut-être plus de cinq fois supérieure à leur maximum de puissance active (i.e. ce qui est réellement transmis dans l’eau). Il est ainsi indispensable de limiter le niveau de la puissance réactive fournie pour l’alimentation d’un ou plusieurs transducteur(s) piézo-électrique(s) afin d’éviter de sur-dimensionner les étages de puissance placés en amont. Or, pour maximiser la puissance émise par le transducteur, il est judicieux de l’exciter électriquement à sa fréquence de résonance mécanique. L’ajout, en amont du transducteur, d’une inductance dont la valeur est accordée avec la capacité du transducteur à une fréquence proche de la résonance mécanique du transducteur permet de réaliser un ensemble ne consommant que de la puissance active et minimise ainsi le dimensionnement des convertisseurs.The capacitive nature of a piezoelectric transducer represents a major difficulty for its power supply. Indeed, some transducers "consume" a reactive power which may be more than five times greater than their maximum active power (i.e. what is actually transmitted in water). It is therefore essential to limit the level of reactive power supplied for the supply of one or more piezoelectric transducer (s) in order to avoid oversizing the power stages placed upstream. However, to maximize the power emitted by the transducer, it makes sense to energize it electrically at its mechanical resonant frequency. The addition, upstream of the transducer, of an inductor whose value is matched with the capacity of the transducer at a frequency close to the mechanical resonance of the transducer makes it possible to produce an assembly consuming only active power and thus minimizes the dimensioning converters.
[0003] Un transformateur élévateur peut aussi être prévu pour adapter le niveau de tension de la source à celui du transducteur piézoélectrique. L’inductance magnétisante de ce dernier peut également servir d’inductance d’accord.A step-up transformer can also be provided to adapt the voltage level of the source to that of the piezoelectric transducer. The magnetizing inductance of the latter can also serve as a chord inductor.
[0004] Dans le domaine des antennes d’émission sonars, l’obtention d’émissions directionnelles nécessite de pouvoir régler phase et amplitude pour chaque transducteur, d’où la nécessité d’associer un amplificateur à chaque transducteur ou groupe de transducteurs. Une bobine d’accord doit être prévue entre chaque amplificateur et son ou ses transducteur(s). Par ailleurs, afin de limiter la distance sur laquelle circule la puissance réactive, il est préférable d’installer ce dispositif d’accord au plus près du transducteur mais des considérations pratiques peuvent conduire à l’intégrer sur une même carte électronique que l’étage de puissance destiné à exciter le transducteur piézoélectrique.In the field of sonar transmission antennas, obtaining directional emissions requires being able to adjust phase and amplitude for each transducer, hence the need to associate an amplifier with each transducer or group of transducers. A tuning coil must be provided between each amplifier and its transducer (s). Furthermore, in order to limit the distance over which the reactive power circulates, it is preferable to install this tuning device as close as possible to the transducer, but practical considerations may lead to integrating it on the same electronic card as the stage. of power intended to excite the piezoelectric transducer.
[0005] Jusqu’à quelques dizaines de kHz, les circuits magnétiques des bobines d’accord de l’art antérieur sont le plus souvent des circuits standards, comme des tores en matériau ferromagnétique du type poudre d’alliage de fer noyée dans une matrice organique, de type MPP, Sendust etc. ou des circuits de ferrite avec un entrefer. Ces circuits magnétiques sont lourds et volumineux donc peu adaptés à l’intégration de plusieurs bobines d’accord sur une même carte électronique.Up to a few tens of kHz, the magnetic circuits of the tuning coils of the prior art are most often standard circuits, such as toroids made of ferromagnetic material of the iron alloy powder type embedded in a matrix organic, MPP, Sendust etc. or ferrite circuits with an air gap. These magnetic circuits are heavy and bulky, therefore unsuitable for integrating several tuning coils on the same electronic card.
[0006] Par ailleurs, comme visible sur la figure 1 représentant la courbe d’hystérésis magnétique de l’induction B en fonction du champ magnétique d’un matériau ferroma gnétique de l’art antérieur, l’inductance L, correspondant sensiblement à la pente de la courbe représentée sur la figure 1, varie avec le champ H et donc le courant I. Cette caractéristique est défavorable à l’accord de l’inductance avec la capacité du transducteur piézoélectrique à une fréquence prédéterminée avec une large dynamique de puissance émise.Furthermore, as shown in FIG. 1 representing the magnetic hysteresis curve of the induction B as a function of the magnetic field of a ferromagnetic material of the prior art, the inductance L, corresponding substantially to the slope of the curve shown in Figure 1, varies with the H field and therefore the current I. This characteristic is unfavorable to the agreement of the inductance with the capacity of the piezoelectric transducer at a predetermined frequency with a wide dynamic range of emitted power .
[0007] Un but de l’invention est de limiter au moins un des inconvénients précités.An object of the invention is to limit at least one of the aforementioned drawbacks.
[0008] A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif d’accord présentant une inductance d’accord destinée à être accordée avec une capacité d’un ensemble d’au moins un transducteur piézoélectrique à une fréquence d’utilisation de l’ensemble d’au moins un transducteur piézoélectrique, le dispositif d’accord comprenant un noyau magnétique torique comprenant une partie magnétique à base d’un matériau ferromagnétique nanocristallin, un ensemble d’au moins un entrefer en matériau amagnétique et au moins un enroulement d’un élément conducteur réalisé autour du noyau magnétique torique.To this end, the invention relates to a tuning device having a tuning inductor intended to be tuned with a capacity of an assembly of at least one piezoelectric transducer at a frequency of use of l assembly of at least one piezoelectric transducer, the tuning device comprising a toric magnetic core comprising a magnetic part based on a nanocrystalline ferromagnetic material, a set of at least one air gap made of non-magnetic material and at least one winding d 'a conductive element produced around the toroidal magnetic core.
[0009] Avantageusement, le noyau magnétique torique peut comprendre un unique entrefer ou plusieurs entrefers.Advantageously, the toric magnetic core can comprise a single air gap or several air gaps.
[0010] Avantageusement, chaque entrefer est dimensionné de sorte que le coefficient d’épanouissement latéral des lignes de champ magnétique de chaque entrefer soit inférieur ou égal à 2.Advantageously, each air gap is dimensioned so that the coefficient of lateral development of the magnetic field lines of each air gap is less than or equal to 2.
[0011] Dans un premier mode de réalisation, le dispositif d’accord est une bobine de mode différentiel.In a first embodiment, the tuning device is a differential mode coil.
[0012] Dans un deuxième mode de réalisation, le dispositif d’accord est un transformateur d’adaptation permettant d’accorder une tension d’entrée du transformateur avec une tension d’entrée du transducteur piézoélectrique, l’inductance d’accord étant l’inductance magnétisante du transformateur.In a second embodiment, the tuning device is an adaptation transformer for tuning an input voltage of the transformer with an input voltage of the piezoelectric transducer, the tuning inductor being l magnetizing inductance of the transformer.
[0013] L’invention se rapporte également à un dispositif piézoélectrique comprenant le dispositif d’accord selon l’invention et l’ensemble d’au moins un transducteur piézoélectrique, l’inductance d’accord étant accordée avec une capacité de l’ensemble d’au moins un transducteur piézoélectrique à une fréquence d’utilisation de l’ensemble d’au moins un transducteur piézoélectrique.The invention also relates to a piezoelectric device comprising the tuning device according to the invention and the assembly of at least one piezoelectric transducer, the tuning inductor being tuned with a capacity of the assembly at least one piezoelectric transducer at a frequency of use of the assembly of at least one piezoelectric transducer.
[0014] La fréquence d’utilisation est comprise dans un intervalle de fréquences comprenant la fréquence de résonnance de l’ensemble d’au moins un transducteur piézoélectrique.The frequency of use is included in a frequency range comprising the resonant frequency of the assembly of at least one piezoelectric transducer.
[0015] Dans un mode particulier de réalisation, la fréquence d’utilisation est sensiblement la fréquence de résonance mécanique du transducteur piézoélectrique.In a particular embodiment, the frequency of use is substantially the mechanical resonance frequency of the piezoelectric transducer.
[0016] Le dispositif d’accord peut être une bobine de mode différentiel montée en parallèle ou en série avec l’ensemble d’au moins un transducteur piézoélectrique. En variante, le dispositif d’accord est un transformateur d’adaptation permettant d’adapter une tension d’entrée du transformateur avec une tension d’entrée de l’ensemble d’au moins un transducteur piézoélectrique, l’inductance d’accord étant l’inductance magnétisante du transformateur.The tuning device can be a differential mode coil mounted in parallel or in series with the assembly of at least one piezoelectric transducer. As a variant, the tuning device is an adaptation transformer making it possible to adapt an input voltage of the transformer with an input voltage of the assembly of at least one piezoelectric transducer, the tuning inductor being the magnetizing inductance of the transformer.
[0017] Avantageusement, le dispositif piézoélectrique comprend un étage de puissance destiné à exciter d’au moins un transducteur piézoélectrique via le dispositif d’accord.Advantageously, the piezoelectric device comprises a power stage intended to excite at least one piezoelectric transducer via the tuning device.
[0018] [fig.l] La figure 1 déjà décrite représente schématiquement une courbe d’hystérésis d’un matériau ferromagnétique de l’art antérieur,[Fig.l] FIG. 1 already described schematically represents a hysteresis curve of a ferromagnetic material of the prior art,
[0019] [fig-2] La figure 2 représente schématiquement un exemple de dispositif piézoélectrique selon l’invention comprenant un dispositif d’accord selon l’invention,[Fig-2] FIG. 2 schematically represents an example of a piezoelectric device according to the invention comprising a tuning device according to the invention,
[0020] [fig.3] La figure 3 représente schématiquement un noyau magnétique d’un dispositif d’accord selon l’invention,[FIG. 3] FIG. 3 schematically represents a magnetic core of a tuning device according to the invention,
[0021] [fig-4] La figure 4 déjà décrite représente schématiquement une courbe d’hystérésis d’un matériau ferromagnétique nanocristallin,[Fig-4] FIG. 4 already described schematically represents a hysteresis curve of a nanocrystalline ferromagnetic material,
[0022] [fig.5] La figure 5 représente schématiquement un noyau magnétique d’un dispositif d’accord selon l’invention,[Fig. 5] FIG. 5 schematically represents a magnetic core of a tuning device according to the invention,
[0023] [fig.6] La figure 6 représente schématiquement un deuxième exemple de dispositif d’accord selon l’invention.[Fig.6] Figure 6 schematically shows a second example of a tuning device according to the invention.
[0024] En figure 2, on a représenté un dispositif piézoélectrique 1 selon l’invention comprenant un exemple de dispositif d’accord 2 selon l’invention.In Figure 2, there is shown a piezoelectric device 1 according to the invention comprising an example of tuning device 2 according to the invention.
[0025] Le dispositif piézoélectrique 1 comprend un transducteur piézoélectrique 3, un étage de puissance 10 destiné à mettre en forme un signal d’excitation destiné à exciter le transducteur piézoélectrique, et une bobine d’accord 2 montée en parallèle avec le transducteur piézoélectrique 3. L’étage de puissance 10 peut, par exemple, comprendre un amplificateur comme en figure 2 et/ou convertisseur de puissance, par exemple un onduleur.The piezoelectric device 1 comprises a piezoelectric transducer 3, a power stage 10 intended to form an excitation signal intended to excite the piezoelectric transducer, and a tuning coil 2 mounted in parallel with the piezoelectric transducer 3 The power stage 10 can, for example, comprise an amplifier as in FIG. 2 and / or a power converter, for example an inverter.
[0026] En variante, le dispositif piézoélectrique comprend plusieurs transducteurs piézoélectriques.Alternatively, the piezoelectric device comprises several piezoelectric transducers.
[0027] De préférence, la fréquence d’accord est la fréquence de résonance mécanique du transducteur piézoélectrique.Preferably, the tuning frequency is the mechanical resonant frequency of the piezoelectric transducer.
[0028] Selon l’invention, la bobine d’accord 2 comprend, comme visible en figure 3, un noyau magnétique torique 4 comprenant une partie magnétique 5 à base d’un matériau ferromagnétique nanocristallin et au moins un enroulement 6 d’un élément conducteur réalisé autour du noyau magnétique torique 4.According to the invention, the tuning coil 2 comprises, as shown in Figure 3, a toric magnetic core 4 comprising a magnetic part 5 based on a nanocrystalline ferromagnetic material and at least one winding 6 of an element conductor formed around the toroidal magnetic core 4.
[0029] La figure 4 représente, avec une même échelle que la figure 1, l’hystérésis magnétique de l’induction B en fonction du champ magnétique H appliqué sur un matériau nanocristallin et donc du courant I le traversant. Pour rappel, l’induction B est donnée par B=d (φ)Μί= d(L*I)/dt =L*dI/dt quand L est constante (et H=N*I/Le), avec Le est la longueur du circuit magnétique, N est le nombre de spires et L est la valeur de l’inductance.FIG. 4 represents, on the same scale as FIG. 1, the magnetic hysteresis of the induction B as a function of the magnetic field H applied to a nanocrystalline material and therefore of the current I passing through it. As a reminder, the induction B is given by B = d (φ) Μί = d (L * I) / dt = L * dI / dt when L is constant (and H = N * I / Le), with Le est the length of the magnetic circuit, N is the number of turns and L is the value of the inductance.
[0030] L’induction, correspondant sensiblement à la pente d’une des branches Bl, B2 de l’hystérésis représenté en figure 4, est fixe et indépendante du champ H et donc du courant entre les deux saturations représentées SAT1, SAT2. Cette caractéristique est favorable à l’accord de l’inductance de la bobine avec la capacité du transducteur à une fréquence prédéterminée car l’inductance est constante sur ce domaine de la courbe. Par ailleurs, comme la pente entre les saturations est fixe, la saturation se produit brutalement et de façon prédictible et reproductible, ce qui permet de la calculer aisément.The induction, corresponding substantially to the slope of one of the branches Bl, B2 of the hysteresis shown in FIG. 4, is fixed and independent of the field H and therefore of the current between the two saturations represented SAT1, SAT2. This characteristic is favorable to the agreement of the inductance of the coil with the capacity of the transducer at a predetermined frequency because the inductance is constant over this area of the curve. Furthermore, since the slope between saturations is fixed, saturation occurs suddenly and in a predictable and reproducible manner, which makes it possible to calculate it easily.
[0031] L’utilisation d’un matériau nanocristallin permet d’obtenir des circuits d’accord de taille, et de masse réduites (on constate un facteur 2 en volume et en masse par rapport à des tores en poudre d’alliage de fer de type MPP, Sendust etc.) du fait du niveau élevé que peut atteindre l’induction. La saturation du matériau nanocristallin intervient au-dessus de 1,2T sans que la valeur d’inductance ait sensiblement varié, alors que dans ce type d’applications, les matériaux utilisés dans l’art antérieur doivent être utilisés dans leur zone linéaire, soit le plus souvent en-dessous de 0,5T. Une autre caractéristique favorable des matériaux nanocristallin est leur faible niveau de pertes fer.The use of a nanocrystalline material makes it possible to obtain tuning circuits of size and reduced mass (there is a factor of 2 in volume and in mass compared to toroids in iron alloy powder MPP, Sendust etc.) due to the high level that induction can reach. The saturation of the nanocrystalline material occurs above 1.2 T without the inductance value having varied appreciably, whereas in this type of application, the materials used in the prior art must be used in their linear zone, ie most often below 0.5T. Another favorable characteristic of nanocrystalline materials is their low level of iron losses.
[0032] Ces caractéristiques (valeur d’inductance indépendante du courant, faible pertes, masse et volume réduits) font des matériaux nanocristallins une technologie particulièrement adaptée à la fonction d’accord, notamment pour la réalisation de sonars directifs qui associent un grand nombre de canaux d’émission.These characteristics (inductance value independent of the current, low losses, reduced mass and volume) make nanocrystalline materials a technology particularly suited to the tuning function, in particular for the production of directional sonars which combine a large number of broadcast channels.
[0033] Le matériau ferromagnétique nanocristallin peut être un alliage de fer. Il s’agit par exemple d’un alliage de composition de type LeCuMSiB où M est un métal de transition, par exemple le Nb. Une composition largement utilisée est du type : Le73.5CulNb3SixB22.5-x et contiennent 13.5% ou 16.5% de silicium. Dans cette famille, des cristaux de fer-silicium sont noyés dans une matrice résiduelle amorphe. Les cristaux ont des dimensions de l’ordre du nanomètre. D’autres matériaux de type LeMB peuvent être utilisés. Ils contiennent généralement plus de 80% de fer, 7% de métal de transition et le complément en bore. Les matériaux de cette famille comprennent des nano cristaux de fer pur.The nanocrystalline ferromagnetic material can be an iron alloy. It is, for example, an alloy of composition of the LeCuMSiB type where M is a transition metal, for example Nb. A widely used composition is of the type: Le73.5CulNb3SixB22.5-x and contain 13.5% or 16.5% of silicon. In this family, iron-silicon crystals are embedded in an amorphous residual matrix. The crystals have dimensions of the order of a nanometer. Other LeMB materials can be used. They generally contain more than 80% iron, 7% transition metal and the balance of boron. The materials in this family include nano crystals of pure iron.
[0034] Il est à noter que les matériaux nanocristallins ferromagnétiques présentent une perméabilité magnétique relative pouvant se situer dans une large gamme de valeurs allant de 200 à 500 000 suivant le matériau choisi et le traitement subi par ce matériau. Des traitements thermiques permettent, par exemple, de réduire la perméabilité magnétique d’un matériau. Or, les bobines d’accord sont destinées à stocker de l’énergie, et dans la majorité des cas le noyau ferromagnétique ne devrait pas dépasser une perméabilité relative de 100. L’homme du métier est donc détourné de l’utilisation de matériaux nanocristallins pour réaliser des bobines d’accord.It should be noted that the ferromagnetic nanocrystalline materials have a relative magnetic permeability which can be in a wide range of values ranging from 200 to 500,000 depending on the material chosen and the treatment undergone by this material. Heat treatments can, for example, reduce the magnetic permeability of a material. However, the tuning coils are intended to store energy, and in the majority of cases the ferromagnetic core should not exceed a relative permeability of 100. Those skilled in the art are therefore diverted from the use of nanocrystalline materials to make tuning coils.
[0035] Selon l’invention, le noyau magnétique torique 4 comprend un ensemble d’au moins un entrefer 7 en matériau amagnétique. Par entrefer, on entend ici entrefer localisé. Cette caractéristique permet de réduire la perméabilité totale du noyau magnétique ce qui permet le stockage de l’énergie et l’utilisation de la bobine pour réaliser l’accord malgré la valeur importante de la perméabilité relative des matériaux nanocristallins ferromagnétiques.According to the invention, the toroidal magnetic core 4 comprises a set of at least one air gap 7 made of non-magnetic material. By air gap is meant here localized air gap. This characteristic makes it possible to reduce the total permeability of the magnetic core, which allows energy storage and the use of the coil to achieve tuning despite the significant value of the relative permeability of ferromagnetic nanocrystalline materials.
[0036] Le noyau magnétique torique 4 est obtenu en spiralant une bande de matériau nanocristallin ce qui permet d’obtenir un tore sous forme d’une spirale d’une bande de matériau nanocristallin.The toric magnetic core 4 is obtained by spiraling a strip of nanocrystalline material which makes it possible to obtain a torus in the form of a spiral of a strip of nanocrystalline material.
[0037] L’entrefer 7 est ensuite obtenu en sectionnant le tore de sorte à former un volume libre 8, visible en figure 5. Le restant du tore forme la partie magnétique 5 du noyau magnétique 4. La section du tore est, par exemple, réalisée par un disque diamanté ou une meule diamant.The air gap 7 is then obtained by cutting the torus so as to form a free volume 8, visible in FIG. 5. The remainder of the torus forms the magnetic part 5 of the magnetic core 4. The section of the torus is, for example , produced by a diamond disc or a diamond wheel.
[0038] De préférence, pour éviter d’altérer le matériau, la coupe du tore est réalisée après imprégnation et/ou enrobage dans une résine organique.Preferably, to avoid damaging the material, the torus is cut after impregnation and / or coating in an organic resin.
[0039] En sus ou en variante, un outillage assure le maintien mécanique de la spirale lors de la coupe afin d’éviter l’éclatement de cette dernière.In addition or alternatively, a tool ensures the mechanical maintenance of the spiral during cutting in order to prevent the latter from bursting.
[0040] Avantageusement, une cale 9 en matériau amagnétique est insérée dans le volume libre 8 de sorte à obtenir l’entrefer et à éviter toute déformation du tore et de l’entrefer car c’est la précision des dimensions de cet entrefer et notamment de son épaisseur qui détermine de façon prépondérante la valeur de l’inductance. L’épaisseur de la cale 9 est calibrée et correspond à l’épaisseur e de l’entrefer que l’on souhaite obtenir.Advantageously, a wedge 9 of non-magnetic material is inserted into the free volume 8 so as to obtain the air gap and to avoid any deformation of the torus and the air gap because it is the precision of the dimensions of this air gap and in particular of its thickness which predominantly determines the value of the inductance. The thickness of the shim 9 is calibrated and corresponds to the thickness e of the air gap that it is desired to obtain.
[0041] Le volume libre 8 peut présenter une épaisseur légèrement inférieure à l’épaisseur e que l’on souhaite obtenir. La cale 9 peut être insérée en déformant légèrement le volume libre 8 lors de son montage.The free volume 8 may have a thickness slightly less than the thickness e that one wishes to obtain. The shim 9 can be inserted by slightly deforming the free volume 8 during its assembly.
[0042] La cale 9 peut remplir complètement le volume libre 8. En variante, la cale 9 remplit seulement partiellement le volume libre 8, un matériau de remplissage amagnétique est alors avantageusement inséré dans le restant du volume libre de façon que le noyau magnétique présente une section sensiblement fixe ce qui empêche l’enroulement de venir pénétrer dans ce volume.The shim 9 can completely fill the free volume 8. As a variant, the shim 9 only partially fills the free volume 8, a non-magnetic filling material is then advantageously inserted into the rest of the free volume so that the magnetic core has a substantially fixed section which prevents the winding from coming into this volume.
[0043] En variante, une colle amagnétique est injectée dans le volume libre et est conformée par un moule configuré pour que la colle remplisse totalement le volume libre et pour que le noyau magnétique 4 présente une section constante.Alternatively, a non-magnetic glue is injected into the free volume and is shaped by a mold configured so that the glue completely fills the free volume and so that the magnetic core 4 has a constant section.
[0044] En variante, le noyau magnétique torique peut comprendre plusieurs entrefers. Le procédé comprend alors plusieurs étapes de coupe, simultanées ou non, de sorte à réaliser plusieurs volumes libres destinés à former les entrefers localisés. La partie magnétique du noyau magnétique comprend alors plusieurs tronçons séparés deux à deux par un entrefer localisé.Alternatively, the toroidal magnetic core may include several air gaps. The method then comprises several cutting steps, simultaneous or not, so as to produce several free volumes intended to form the localized air gaps. The magnetic part of the magnetic core then comprises several sections separated in pairs by a localized air gap.
[0045] La présence de plusieurs entrefers permet d’améliorer la capacité de stockage de l’énergie de la bobine d’accord en faisant diminuer la perméabilité magnétique du noyau magnétique par rapport à un seul entrefer localisé de même volume. Cela présente un intérêt non négligeable pour Γ utilisation de matériaux nanocristallins ferromagnétiques de perméabilité magnétique élevée, plus standardisés. Par ailleurs, la réalisation de plusieurs entrefers de volume faible (faible épaisseur ou secteur angulaire de taille réduite) est plus intéressante du point de vue du stockage d’énergie que la réalisation d’un seul entrefer de volume correspondant à la somme des volumes des entrefers, c'est-à-dire dont le secteur angulaire (ou l’épaisseur) est la somme des secteurs angulaires (ou épaisseurs) de la pluralité d’entrefers. En effet, dans ce dernier cas, la valeur du coefficient d’épanouissement latéral des lignes de champ dans les entrefers (« fringing factor » en anglais) augmente. En effet, l’augmentation de l’épaisseur d’un entrefer conduit à une augmentation de la section apparente de celui-ci (par épanouissement des lignes de champ), suivant une loi logarithmique ; ce phénomène limite la réduction attendue de la valeur de l’induction (Φ = B.S, avec Φ le flux, B l’induction et S la section) et augmente les pertes par effet de proximité (les spires au droit de l’entrefer sont prises dans le flux qui n’est plus convenablement canalisé).The presence of several air gaps makes it possible to improve the energy storage capacity of the tuning coil by reducing the magnetic permeability of the magnetic core compared to a single localized air gap of the same volume. This is of considerable interest for the use of ferromagnetic nanocrystalline materials with high magnetic permeability, which are more standardized. Furthermore, the production of several air gaps of small volume (small thickness or angular sector of reduced size) is more advantageous from the point of view of energy storage than the production of a single air gap of volume corresponding to the sum of the volumes of the air gaps, that is to say whose angular sector (or thickness) is the sum of the angular sectors (or thicknesses) of the plurality of air gaps. Indeed, in the latter case, the value of the lateral blooming coefficient of the field lines in the air gaps ("fringing factor" in English) increases. In fact, the increase in the thickness of an air gap leads to an increase in the apparent section thereof (by blooming of the field lines), according to a logarithmic law; this phenomenon limits the expected reduction in the value of the induction (Φ = BS, with Φ the flux, B the induction and S the section) and increases the losses by proximity effect (the turns at the right of the air gap are caught in the stream which is no longer properly channeled).
[0046] Avantageusement, afin d’optimiser le stockage de l’énergie, les dimensions de chaque entrefer sont définies de façon que le coefficient d’épanouissement latéral des lignes de champ magnétique (appelé « fringing factor » en terminologie anglosaxonne) de chaque entrefer soit inférieur à 2.Advantageously, in order to optimize the storage of energy, the dimensions of each air gap are defined so that the coefficient of lateral development of the magnetic field lines (called "fringing factor" in English terminology) of each air gap is less than 2.
[0047] Les entrefers peuvent présenter les mêmes dimensions ou des entrefers peuvent présenter des dimensions différentes.The air gaps may have the same dimensions or the air gaps may have different dimensions.
[0048] Avantageusement, le noyau magnétique 4 comprend un seul entrefer lorsque le matériau nanocristallin présente une perméabilité magnétique faible et plusieurs entrefers lorsque le matériau nanocristallin présente une perméabilité magnétique plus élevée. Le fait de prévoir plusieurs entrefers permet d’utiliser des tores nanocristallins de perméabilité élevée qui peuvent rester bon marché pour former le noyau magnétique en y réalisant les entrefers.Advantageously, the magnetic core 4 comprises a single air gap when the nanocrystalline material has a low magnetic permeability and several air gaps when the nanocrystalline material has a higher magnetic permeability. The fact of providing several air gaps makes it possible to use nanocrystalline toroids of high permeability which can remain inexpensive to form the magnetic core by making the air gaps therein.
[0049] L’homme du métier détermine le nombre d’entrefers et leurs dimensions en fonction de la perméabilité magnétique du matériau nanocristallin, du coefficient d’épanouissement latéral des lignes de champ magnétique maximal souhaité et de l’inductance souhaitée.A person skilled in the art determines the number of air gaps and their dimensions as a function of the magnetic permeability of the nanocrystalline material, the lateral blooming coefficient of the desired maximum magnetic field lines and the desired inductance.
[0050] L’invention a été décrite dans le cadre d’un dispositif d’accord du type bobine.The invention has been described in the context of a coil type tuning device.
[0051] La bobine peut être montée en parallèle avec le transducteur piézoélectrique, comme en figure 2, ou en série avec ce dernier.The coil can be mounted in parallel with the piezoelectric transducer, as in Figure 2, or in series with the latter.
[0052] L’inductance L d’accord est donnée par : L = où C est une capacité équivalente du transducteur piézoélectrique à la fréquence d’accord et , exprimée en radian par seconde, la pulsation propre q à la fréquence d’accord f, exprimée en hertz. La pulsation propre est reliée la fréquence d’accord par la formule suivante : ω =The tuning inductance L is given by: L = where C is an equivalent capacity of the piezoelectric transducer at the tuning frequency and, expressed in radians per second, the natural pulsation q at the tuning frequency f , expressed in hertz. The natural pulsation is linked to the tuning frequency by the following formula: ω =
[0053] Lorsque la bobine est montée en parallèle avec le transducteur piézoélectrique, la capacité C est la capacité équivalente du transducteur dans le modèle du type Rp-Cp dans lequel le transducteur est modélisé par une résistance en parallèle avec un condensateur.When the coil is mounted in parallel with the piezoelectric transducer, the capacitance C is the equivalent capacitance of the transducer in the model of the Rp-Cp type in which the transducer is modeled by a resistor in parallel with a capacitor.
[0054] Lorsque la bobine est montée en parallèle avec le transducteur piézoélectrique, la capacité équivalente C est la capacité équivalente du transducteur dans le modèle du type Rs-Cs dans lequel le transducteur est modélisé par une résistance en série avec un condensateur.When the coil is mounted in parallel with the piezoelectric transducer, the equivalent capacity C is the equivalent capacity of the transducer in the Rs-Cs type model in which the transducer is modeled by a resistor in series with a capacitor.
[0055] Dans le cas où la bobine est montée en série ou parallèle avec un ensemble de transducteurs piézoélectriques, la capacité équivalente est la capacité de l’ensemble de transducteurs dans l’un des modèles.In the case where the coil is mounted in series or parallel with a set of piezoelectric transducers, the equivalent capacity is the capacity of the set of transducers in one of the models.
[0056] Dans une variante du dispositif piézoélectrique 100, représentée en figure 6, le dispositif d’accord est du type transformateur d’adaptation 20 configuré pour adapter la tension d’entrée U1 de l’étage de puissance 10, la tension U2 du transducteur piézoélectrique, l’inductance d’accord L étant l’inductance magnétisante Lm du transformateur d’adaptation. Le transformateur 20 peut être modélisé par un transformateur parfait 21 et une bobine d’accord 22 montée en parallèle avec le transducteur piézoélectrique 3, comme représenté en figure 6. Le dispositif d’accord ou transformateur 20 présente alors une double fonction d’accord et d’adaptation.In a variant of the piezoelectric device 100, shown in FIG. 6, the tuning device is of the adaptation transformer type 20 configured to adapt the input voltage U1 of the power stage 10, the voltage U2 of the piezoelectric transducer, the tuning inductance L being the magnetizing inductance Lm of the matching transformer. The transformer 20 can be modeled by a perfect transformer 21 and a tuning coil 22 mounted in parallel with the piezoelectric transducer 3, as shown in FIG. 6. The tuning device or transformer 20 then has a double tuning function and adaptation.
[0057] Le transformateur peut être un autotransformateur ou comprendre au moins deux enroulements réalisés autour du noyau magnétique 4 de sorte à former le primaire et le secondaire du transformateur. Le rapport de transformation m du transformateur est défini pour permettre l’adaptation entre U1 et U2.The transformer can be an autotransformer or include at least two windings made around the magnetic core 4 so as to form the primary and secondary of the transformer. The transformation ratio m of the transformer is defined to allow adaptation between U1 and U2.
[0058] Dans le cas où la bobine d’accord 2 est montée en série, l’étage de puissance est avantageusement un générateur de courant et dans le cas où la bobine d’accord est montée en parallèle, l’étage de puissance est un générateur de tension, tout comme dans le cas où le dispositif d’accord est un transformateur d’accord et d’adaptation.In the case where the tuning coil 2 is mounted in series, the power stage is advantageously a current generator and in the case where the tuning coil is mounted in parallel, the power stage is a voltage generator, as in the case where the tuning device is a tuning and adaptation transformer.
Claims (1)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1873486A FR3091031B1 (en) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | AGREEMENT SYSTEM |
| PCT/EP2019/086570 WO2020127903A1 (en) | 2018-12-20 | 2019-12-20 | Tuning device |
| EP19829585.9A EP3900062A1 (en) | 2018-12-20 | 2019-12-20 | Tuning device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1873486A FR3091031B1 (en) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | AGREEMENT SYSTEM |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3091031A1 true FR3091031A1 (en) | 2020-06-26 |
| FR3091031B1 FR3091031B1 (en) | 2020-12-18 |
Family
ID=66867255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1873486A Active FR3091031B1 (en) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | AGREEMENT SYSTEM |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3900062A1 (en) |
| FR (1) | FR3091031B1 (en) |
| WO (1) | WO2020127903A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004088681A2 (en) * | 2003-04-02 | 2004-10-14 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Magnet core, method for the production of such a magnet core, uses of such a magnet core especially in current transformers and current-compensated inductors, and alloys and bands used for producing such a magnet core |
| US20130334989A1 (en) * | 2012-06-15 | 2013-12-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving device for vibration-type actuator and medical system using same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5212028B2 (en) * | 2008-11-10 | 2013-06-19 | 日本電気株式会社 | Transmitter and its driving method |
-
2018
- 2018-12-20 FR FR1873486A patent/FR3091031B1/en active Active
-
2019
- 2019-12-20 EP EP19829585.9A patent/EP3900062A1/en active Pending
- 2019-12-20 WO PCT/EP2019/086570 patent/WO2020127903A1/en unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004088681A2 (en) * | 2003-04-02 | 2004-10-14 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Magnet core, method for the production of such a magnet core, uses of such a magnet core especially in current transformers and current-compensated inductors, and alloys and bands used for producing such a magnet core |
| US20130334989A1 (en) * | 2012-06-15 | 2013-12-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving device for vibration-type actuator and medical system using same |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| AKIHIRO MAKINO ET AL: "Applications of Nanocrystalline Soft Magnetic Fe-M-B Alloys "NANOPERM(R)"", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY, US, vol. 33, no. 5, 1 September 1997 (1997-09-01), pages 3793 - 3798, XP011086284, ISSN: 0018-9464, DOI: 10.1109/20.619574 * |
| ZHANG YAN ET AL: "Fe-Rich Fe-Si-B-P-Cu Powder Cores for High-Frequency Power Electro", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY, US, vol. 50, no. 11, 1 November 2014 (2014-11-01), pages 1 - 4, XP011566155, ISSN: 0018-9464, [retrieved on 20141202], DOI: 10.1109/TMAG.2014.2316543 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3900062A1 (en) | 2021-10-27 |
| FR3091031B1 (en) | 2020-12-18 |
| WO2020127903A1 (en) | 2020-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0563373B1 (en) | Directive separator/coupler circuit for medium frequency carrier currents on a low voltage electric line | |
| CA2968791C (en) | Basic module for magnetic core of an electrical transformer, magnetic core comprising said basic module, method for manufacturing said magnetic core, and transformer comprising sa id magnetic core | |
| EP2293308B1 (en) | Electric measuring device comprising a nanocrystalline toroidal core | |
| EP2583220B1 (en) | Antenna for humid ambience | |
| EP2888747B1 (en) | Coiled power device comprising a winding of a first coiling and a winding of a second coiling which cover the same portion of a magnetic core member | |
| EP0737989A1 (en) | Switching power supply using a saturable inductor for achieving a pulsed current source | |
| FR2502834A1 (en) | DIFFERENTIAL TRANSFORMER CORE FOR PULSATORY CURRENTS AND PROTECTION SWITCH AGAINST LEAKAGE CURRENTS USING SUCH CORE | |
| FR3091031A1 (en) | TUNING DEVICE | |
| EP3033755B1 (en) | Ferrite device for power application and manufacturing method of device | |
| FR2811135A1 (en) | MICRO-COMPONENT OF THE MICRO-INDUCTANCE OR MICRO-TRANSFORMER TYPE | |
| FR2948236A1 (en) | LEFT HAND BODY, WAVE GUIDING DEVICE AND ANTENNA USING THE SAME, METHOD OF MANUFACTURING THE BODY | |
| FR2792775A1 (en) | INTEGRATED CIRCUIT DEVICE COMPRISING A HIGH QUALITY COEFFICIENT INDUCTANCE | |
| FR3076391A1 (en) | INDUCTIVE FILTERING DEVICE WITH TORNE MAGNETIC CORE | |
| EP4383285A1 (en) | Module for varying an inductor and radiofrequency filter comprising such a module | |
| FR2576447A1 (en) | Interference attenuating low-current transmission line device | |
| CA3037667A1 (en) | Antenna with ferromagnetic rods wound and coupled together | |
| FR2907589A1 (en) | Integrated micro-induction coil for e.g. power electronics application, has disjointed loops constituting winding around core, where core has four parallel branches that are enclosed by winding and have ends connected by respective bases | |
| EP3186894A1 (en) | Device comprising a radio communication terminal | |
| EP4191847A1 (en) | Electromagnetic transducer for recovering vibrational energy | |
| FR2469786A1 (en) | Magneto inductance for measuring changing magnetic field - comprising a solenoid with many turns wound on a magnetic core | |
| FR2718890A1 (en) | SHF power limiter e.g. for electronic sweep antenna | |
| BE480379A (en) | ||
| FR2749989A1 (en) | IMPULSE FEED DEVICE WITH WINDING NETWORK | |
| EP1935041A1 (en) | Method for making a magneto-impedance sensor | |
| BE554002A (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20200626 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |