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CONVERTISSEUR A MAGNETOSTRICTION PERFECTIONNE.
La présente invention a trait aux appareils utilisant les pro- ' priétés de magnétostriction de certains matériaux pour produire une vibration mécanique en réponse à une excitation électrique ou vice-versa, c'est-à-dire pour produire des courants électriques en réponse à des vibrations mécaniques.
De tels appareils sont très utilisés pour les convertisseurs destinés aux sondeurs de fonds et aussi pour beaucoup d'autres applications.
Un objet de la présente invention consiste à réduire le coût des appareils à magnétostriction.
Un autre objet consiste à améliorer le rendement des appareils à magnétostriction.
Encore un autre objet de l'invention consiste à réaliser un pro- cédé qui peut être mis en pratique pour modifier l'impédance mécanique d'un convertisseur à magnétostriction pour mieux l'adapter à l'impédance d'un fluide couplé à celui-ci, et, de ce fait,pour améliorer le rendement du couplage.
Un autre objet,, encore, consiste à réduire les pertes par cou- rants de Foucault dans les appareils à magnétrostricion.
L'emploi d'un matériau magnétostrictif dans les convertisseurs pour sondage de fonds est bien connu. Les matériaux magnétostrictifs commu- nément employés sont le nickel et ses alliages, à base de fer ainsi qui des alliages à base de cobalt. Ces métaux ont été utilisés sous la forme de ti- ges, de tubes, de plaques, de diaphragmes, d'empilage de feuilles, etco Les formes en feuilles sont utilisées pour éliminer les pertes dues aux courants de Foucault dans les matériaux magnétostrictifs. Un matériau isolant très mince est utilisé couramment entre les feuilles.
Celui-ci peut être un oxyde ou tout autre dérivé du métal magnétostrictif ou encore un ciment destiné à réunir les feuilles entre elles. On croyait généralement que ces matériaux non magnétostrictifs utilisés comme isolants ou comme liants ou comme les
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deux à la fois devaient être utilisés sous forme de très fines couches ou revêtements pour des raisons de rendement.
Il a été découvert par l'inventeur d'autres emplois que celui d'isolant ou de liant pour les matériaux non magnétostrictifs dans les convertisseurs à magnétostriction. Les matériaux non magnétostrictifs peu- vent être métalliques ou non suivant le but désiré. Les matériaux magnéto- strictifs peuvent être n'importe lesquels de ceux ayant la propriété de magnétostriction. La réalisation du système vibrant peut consister en toute réalisation approprié pour un tel but. L'emploi de matériaux non magnéto- strictifs trouve une application souhaitable dans une large variété de ré- alisations de systèmes vibrants.
Dans une forme connue de convertisseurs à magnétostriction pour sondage de fonds,une face susceptible de vibrer du convertisseur est couplée à l'eau pour le transfert des vibrations entre ceux-ci et le rendement du transfert dépend du rapport qui existe entre l'impédance mé- canique du convertisseur et celle de l'eau. En général, le rendement op- timum résulte d'un rapport d'impédances unité. Les convertisseurs à magné- tostriction connus antérieurement possèdent des impédances supérieures à celle de l'eau, bien qu'il soit connu qu'une certaine variation d'impédan- ce puisse être obtenue par des modifications de dimensions dans le conver- tisseur.
Avec la présente invention, on obtient une impédance mécanique plus faible dans un convertisseur à magnétostriction en ne constituant que partiellement celui-ci avec un matériau magnétostrictif, le restant du con- vertisseur étant constitué par un matériau de faible densité, les deux ma- tériaux étant liés ensemble de sorte que le corps composé ne vibre que com- me un seul élément ayant une densité moyenne intermédiaire entre les densi- tés des deux matériaux composants.
Il est souhaitable de former les convertisseurs à magnétostric- tion avec des feuilles afin de réduire les pertes par courants de Foucault et il est avantageux d'appliquer l'invention aux convertisseurs du type feuilleté en alternant les feuilles en matériaux magnétostrictif avec cel- les en matériau non magnétostrictif de faible densité, tel que de l'alumi- nium.
Si les feuilles magnétostrictives sont faites avec du nickel de densité de 8,9 et les feuilles non magnétostrictives avec de l'aluminium dont la densité est de 2,7 et, que de plus, ces feuilles sont d'épaisseur égale, la densité effective ou moyenne du corps résultant est d'environ 5,8. Evidemment, il est possible de varier cet effet en utilisant des feuil- les d'épaisseurs inégales ou en utilisant un nombre différent de feuilles en matériau non magnétostrictif de celui des feuilles en matériau magnéto- strictif. Des matériaux non magnétostrictifs autres que l'aluminium peuvent être utilisés à cette fin. Evidemment, le procédé décrit permet de réduire l'impédance mécanique sans pour cela altérer les dimensions générales du convertisseur.
L'introduction dans un convertisseur à magnétostriction d'un matériau de densité plus faible produit aussi une diminution souhaitable du poids total pour une réalisation donnée.
Puisque les matériaux magnétostrictifs, comme le nickel, sont relativement coûteux comparés aux autres matériaux non magnétostrictifs uti- lisables, comme l'aluminium, le coût d'un convertisseur peut être sensi- blement réduit avec la présente invention.
Contrairement à ce qui pourrait être attendu, la substitution d'un matériau non magnétostrictif approprié pour une partie à un matériau magnétostrictif, ne réduit pas, dans la plupart des cas, le rendement, du fait que le matériau magnétostrictif est capable de supporter une densité de flux beaucoup plus grande que ce qu'on lui demande normalement.
Les matériaux non métalliques ayant une faible densité ainsi que des propriétés mécaniques appropriées peuvent être utilisés, à la place
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des matériaux non magnétostrictifs métalliques pour réaliser un conver- tisseur ayant les qualités qui résultent directement d'une faible densité moyenne du matériauo
Cependant, il est souhaitable, dans certains cas au moins, que le matériau non magnétostrictif ait une faible résistance électrique pour réduire les pertes totales par courants de Foucault dans le corps composéo
Les objets et caractéristiques et d'autres encore de la présen- te invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit ainsi que des dessins y annexés,
étant bien entendu que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d'exemples nullement limitatifs.
Sur ces dessins s
La Figo 1 représente une vue en perspective d'un convertisseur à magnétostriction du type feuilleté suivant la présente invention;
La Figo 2 est une vue en élévation montrant une modification de la forme du convertisseur représenté sur la Figo 1 ;
La fig. 3 est une vue en perspective montrant un convertisseur du type à rouleau auquel s'applique la présente invention; . La fig. 4 est une vue en perspective d'un convertisseur du type à cylindre enroulé auquel la présente invention s'applique, et
La Fige 5 est une vue agrandie montrant en coupe plusieurs feuil- les d'un convertisseur du type représenté sur les Figures 1 ou 2, la vue étant prise suivant le plan V-V de la Figure 2.
La Figure 1 représente une forme connue de convertisseur compo- sé d'un empilage de feuilles de forme identique., Chaque feuille a, d'une façon générale, la forme d'un fer à cheval comportant une extrémité fermée 10 de masse relativement faible et une extrémité opposée ouverte comprenant deux branches 11 relativement massiveso Chacune des branches massives 11 est réunie à la partie de l'extrémité opposée par une partie étranglée 12 sur laquelle les enroulements électriques sont disposése Un aimant perma- nent 14 peut être inséré entre les branches 11 pour fermer entre celles-ci le circuit magnétique, et,
simultanément pour réaliser un effet désiré de polarisationo Il est commun d'employer des aimants permanents de la maniè- re décrite à des fins de polarisation et il est aussi connu de produire l'effet désiré de polarisation par un enroulement excité par un courant continu. Les deux procédés sont vieux et peuvent être employés conjointe- ment avec la présente invention. Le convertisseur vibre longitudinalement.
Le convertisseur de la Figo 1 ne diffère des convertisseurs @ précédemment connus que par l'emploi de feuilles 21 constituées par un maté- riau non magnétostrictif et intercalées entre les feuilles 20 de matériau magnétostrictif.
La réalisation de la Fig. 2 diffère de celle de la Fig. 1 en ce que les deux extrémités de chacune des feuilles sont fermées et que ces deux extrémités ont les mêmes dimensions. Comme dans le cas du conver- tisseur de la Fige 1, toutes les feuilles ont un contour identique., bien que celles en. matériau non magnétostritif puissent être plus épaisses ou plus minces que celles en matériau magnétostrictif afin de produire toute caractéristique désirée.
La Figo 3 représente un convertisseur du type à rouleau qui, généralement, consiste en une unique longue bande de matériau magnétostric- tif enroulé en spirale d'une manière jointive. Cependant, suivant la présen- te invention, deux bandes de matériaux sont employées, une bande 20a étant constituée par un matériau magnétostrictif et une bande 21a étant consti- tuée par un matériau non magnétostrictif, ces bandes étant superposées et étant enroulées pour former un rouleau. Un tel convertisseur possède un en- roulement toroîdal et vibre radialement.
La Figo 4 représente un convertisseur de la même forme générale
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que celle représentée sur la Fig. 3 et vibrant suivant le même mode, mais formé d'un empilage de feuilles annulaires au lieu d'être constitué par un rouleau feuilleté. Dans cet exemple, les feuilles sont alternativement en matériau magnétostrictif et en matériau non magnétostrictif.
Les types de convertisseurs représentés sur les Fig. 1, 2, 3 et 4 représentent seulement les formes connues employées pour les feuilles.
Beaucoup d'autres formes sont utilisées pour des buts particuliers et l'in- vention est applicable, que des feuilles soient employées ou non.
Il a été fait mention précédemment que, en plus des meilleurs résultats dus à l'emploi de feuilles non magnétostrictives constituées par un matériau plus léger que celui utilisé pour les feuilles magnétostricti- ves et du bas prix qui en résulte, d'autres avantages pouvaient être obte- nus en employant pour les feuilles non magnétostrictives un matériau de bonne conductibilité électrique, comme par exemple de l'aluminium ou du cuivre. La manière suivant laquelle les feuilles alternées en matériau non magnétostrictif à haute conductibilité peut réduire les pertes par courants de Foucault va être expliquée conjointement avec la Fig. 5 qui montre une partie d'un convertisseur à feuilles comportant des feuilles 20 en matériau magnétostrictif séparées par des feuilles 21 en matériau non magnétostrictif à haute conductibilité, tel que de l'aluminium.
On supposera que la dispo- sition de l'enroulement sur les feuilles est réalisé comme celui montré sur la Fig. 2 pour produire un flux désiré dans les feuilles magnétostrictives 20 suivant la direction des flèches 22. Puisque un flux magnétique alterna- tif tend à induire un courant électrique dans une direction à angle droit par rapport à ce flux, les courants induits se dirigeraient transversale- ment par rapport aux feuilles, ces courants étant maintenus à une valeur relativement faible en réalisant des feuilles suffisamment minces. Les cou- rants de Foucault résultant de ce flux principal peuvent, par conséquent, être rendus peu importants par l'emploi des feuilles seules.
Cependant, il est généralement impossible d'éviter complètement la production d'un flux de fuite suivant les directions faisant un certain angle avec le flux prin- cipal, c'est-à-dire ayant une composante dans une direction perpendiculai- re aux feuilles, comme représenté par les flèches 23, et un tel flux de fui- te tend à induire des courants dans le plan des feuilles. Puisque les che- mins pour de tels courants sont relativement longs, ces courants peuvent être d'une amplitude sensible et, si la résistivité du matériau est élevée, comme c'est généralement le cas pour les matériaux magnétostrictifs, des pertes sensibles par courants de Foucault en résultent.
Cependant, les cou- rants dans le plan des feuilles qui sont engendrés dans les feuilles en aluminium 21 par ce flux de fuite sont d'une amplitude suffisante pour en- gendrer une force contre-magnétisante qui, en effet, neutralise la force magnétisante produisant le flux dans les feuilles magnétostrictives repré- senté par les flèches 23. Ce courant dans les feuilles de faible résistance en aluminium 21 produit de relativement faibles pertes. Par exemple, il a été trouvé, au cours d'essais, que l'emploi de feuilles en aluminium dis- posées alternativement dans la réalisation de la Fige 1 améliorait le ren- dement de la conversion d'énergie de plus de 50% de ce qui était obtenu lorsque toutes les feuilles étaient en nickel.
Il est entendu que, bien qu'il soit généralement plus commode d'introduire le matériau non magnétostrictif, dans un convertisseur du type feuilleté, en alternant les feuilles en matériau magnétostrictif avec les feuilles en matériau non magnétostrictif, il est possible d'incorporer le matériau non magnétostrictif dans le convertisseur suivant d'autres procé- des. Par exemple, le matériau non magnétostrictif peut recouvrir les feuil- les de matériau magnétostrictif.
Bien que dans un but d'explication de l'invention, une réalisa- tion particulière de celle-ci ait été représentée et décrite, il est enten- du que divers changements et/ou modifications évidents à tout homme de l'art peuvent y être apportés sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention ni sortir de son domaine.