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-CONVERTISSEUR !A 'BEEMENf DIELECTRIQUE A < IMPEDàNGE ,BEEGIRI QUE 4REGBABLE -
La présente invention a trait aux convertisseurs utilisant un élément électromécaniquement sensible, comportant des électrodes opposées destinées à appliquer ou à recueillir un potentiel électrique.
Un objet de la présenta invention consiste à varier l'impédan ce électrique effective des convertisseurs de¯ce type sans altérer les dimen- sions ainsi que les caractéristiques vibratoires de l'élément électromécani- que.
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Un autre objet de l'invention consiste"a permettre la connexion série-parallèle d'un nombre premier d'éléments convertisseurs de dimensions semblables et du genre électro-mécaniquement sensible.
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Ces objets et caractér.3s.t3ques et d'autres encore de la présen-- te invention apparaîtront plus clairement de la description détaillée qui' suit ainsi que- des dessus y annexés, étant entendu que ceux-ci ne sont don-
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nés qu'à titre d'exemple snullement limitatifs.
Las. éléments. Q0n\teotiell;Jeu:r-s électroméeaniquement sensibles - com- prennent un corps en un matérial électromécaniquement sensible sur les côtés opposés duquel sont prévues des électrodes. L'impédance électrique entre les électrodes est fonction des dimensions de ce corps, lesquelles détermi- nent aussi sa fréquence de vibration mécanique.
La façon dont ce corps était utilisé antérieurement rendait impossible de modifier l'impédance électri- que d'un élément sans- altérer la forme ou. les dimensions du corps électromé-
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oaniquement sensible;; Suivant là présente invention, l'impédance électrique d'un é- lément convertisseur éléctromécaniquement sensible est augmentée en.. divisant chaque électrode en une pluralité de sections isolées électriquement les'unes cteû autres et en connectant cbaque-paire de'sections opposées des électrodes en série avec l'autre paire du Jes '11'Éltres "p8:i;'es' de sections opposées, ce , ,La.. { . '. :
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qui multiplie ainsi l'impédance par le carré du nombre de sections en lequel les électrodes sont divisées.
En outre, suivant l'invention, la division des électrodes et leur connexion en série est appliquée à un élément d'un convertisseur à élé-
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ments multiples pour permettre la connexion- des divers éléments en sérié-,pà7- rallèle, ce qui seraitiuposaible à réaliser autrement. Ainsi, il est souvent souhaitable d'employer, dans un convertisseur unique,, un réseau d'éléments, situés dans un- même plan, comprenant un élément central entouré par six é- léments ayant les méme-s dimensions, Puisque sept est un nombre premier, il est impossible- de diviser sept éléments- convertisseurs -en sous-groupes iden-
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tiques en vue de la évnnexion-série-paralléie, Ainsi, les sept éléments doivent être connectés tous en parallèle ou tous en série.
L'impédance pour la connexion en série est sept fois celle d'un élément unique-et l'in-
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pédance pour la connexion-ear parallèle est uBr septième de- Anw d-2t élément unique. De cette manière, l'impédance d'un-convertisseur dans le-quel les éléments sont- connectés en- série est quarante neuf-faixcelle qui résulte de la connexion en parallèle-. Or, il est- souvent souhaitable-d'obtenir une
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impédance d'une grandeur -interméà-iaire.
En divisant les électrodes de l'élément central en deux pai- res et en connectant celles-ci en série, l'impédance de l'élément central' peut être quadruplée-. Les six éléments restants peuvent être connectés sui- vant l'un-ou l'autre de? deux modes de connexion série-parallèle possibles, de façon à procurer une impédance qui sera les deux-tiers' ou les trots-demis de celle d'un élément-unique.
Avec le premier mode de connexion série-paral- lèle, la distribution égale de l'énergie dans- tous les sept éléments peut-
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être obtenue en connectant les deux sections- de-6rect:tîôde de l'élément central en série l'une avec l'autre et en parallèle avec le réseau série-parallèle des six autres éléments et-, ainsi, 1Qpvfidmcé totale est les quatré-séptîè6- mes de celle d'un élément unique ou quatre fois plus grande que cella obte- nue avec tous les éléments connectés en parallèle-.
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.AY.e.c-1es.... six-- élÁmA1n:
t.s extúi&#a- e#meeté-e suivant le second mode de connexion possible série-parallèle, ayant une impédance de trôis- demis de celle d'un- élément unique, l'impédance totale est les douze-onziè-
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mes de celle d'un é1ément-mIÎq!le et la répartition d'énergie est plus grade dâns 1'élément central que dans chacun des six éléments périphériques.
Geui- ¯ est soo;haia'5Ie pour certaines installations, du fait que cela réduit la gran- deur de'8' lobes secondaires du diagroepùw de directivité du convertisseur-, Sur les dessins-
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La figure 1 est une vue longitudinale en çpupe d'un convens- tisseur à élément unique suivant l' invention;
La figure 2 .est une vua de face de l'élément vibrant du conver- tisseur représenté sur la figure 1;
La figure 3 est une vue de face d'un convertisseur à éléments multiples similaire au- convertisseur représenté sur les figures 1 et 2, mais
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comportant set:. éléments- disposés- danst ua morne plan au lieu d'un élément muni- que;
La figure 4 est un-schéma-représentant-un mode d'interconnexion des divers éléments du convertisseur représenté sur la figure 3;
et ' .
La figure 5- est- un. schéma- représentant un second- mode d'inter- connexion des éléments du convertisseur représenté sur la figure 3.
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. En se reportant maintenant à la figura 1, on y veit- un convier- tisseur comprenant un boîtier 10 ayant une extrémité ouverte qui est obturée par une fenêtre en caoutchouc ou analogue, laissant passer le son. Gette fe-
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nêtre est représenttsée comme étant maintenue en pâsition sur le boîtier- par une frette 12. Le boîtier 10 contient un élément unique éleetr0Il1écaniquE.t sensible en cé..ca.e, pouvant avoir la forme d'un anneau 13, ccL-état1t ô par exemple à baie de titan* de baryum.
L'anneau 13 peut être adossé à
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un disque solide 14 en acier ou analogue et l'anneau 13 ainsi que le disque
14 peuvent être supportés à l'intérieur du boîtier 10 par une masse d'un ma- térial insonore 15, tel que du caoutchouc, un mélange de liège '.et de caout- ' ohouc, ou analogue. L'espaoe compris à l'intérieur de l'anneau ainsi que' celui situé devant cet anneau sont remplis d'un liquide approprié 16 desti- né à transmettre les vibrations provenant de la surface annulaire intérieure de l'anneau 13 à la fenétretre 11 qui transmet alors ces vibrations à l'eau où tout autre liquide dans lequel le convertisseur peut-être immergé;..
En se reportant aux figures 1 et 2, on y voit que la face an- nulaire interne 13a de l'anneau 13 est recouverte d'une électrode interne se composant de deux sections semi-cylindriques 17a et 17b, et que la face annu- laire externe 13b est recouverte de deux sections semipcylindriques délectro- de 18a et 18b. Cette construction diffère de la construction précédemment connue en ce que, dans cette dernière, l'électrode interne se composait d'un seul élément et l'électrode externe se composait aussi d'un élément unique7, Les sections d'électrode 17a et 17b recouvrent sensiblement complètement la face interne 13a de l'anneau, un espace suffisant n'étant laissé entré les deux sections que pour réaliser entre celles-ci un isolement électrique.
La même disposition est utilisée pour les sections d'électrode extrenes 18a et 18b.
Les deux sections d'électrode 17b et 18b sont connectées sui- vant le mode série additif avec les deux sections 18a et 17a, Ainsi, un des conducteurs 20 du convertisseur est connecté directement à la section d'élec- trode externe 18b, et la section interne d'électrode correspondante 17b est connectée par un cavalier 21 à l'autre section externe d'électrode 18a. La section d'électrode interne 17a est connectée par un cavalier 22 au disque 14 qui, à son tour,, est connecté à l'autre conducteur du convertisseur 23.-
Dans le convertisseur des figures 1 et 2,1'impédance électrique entre les conducteurs du convertisseur 20,23 est quatre fois ce que-celle- ci serait dans un convertisseur du genre classique du même type employant une seule électrode interne et une seule électrode externe.
Ceci-résulte du fait que les deux sections d'électrode voisines 17b et 18b ont- seulement. la moitié de l'aire d'une section d'électrode complète; l'impédance entre ces sections d'électrode et aussi l'impédance entre les sections d'électrode 17a et 18a est deux fois celle existant entre les électrodes intérieure et exté- rieure d'une réalisation de type classique. Puisque les deux paires de sections, chacune ayant une impédance double de celle d'un agencement clas- sique, sont connectées en série l'une avec l'autre, l'impédance totale est de nouveau doublée.
L'invention, lorsqu'elle est appliquée à un convertisseur à un seul élément, comme représenté, est souvent utile, du fait que l'impédan- ce du circuit électrique auquel le convertisseur est connecté peut être su- périeure à celle du convertisseur de type classique. En outre, il est'sou- haitable, afin d'obtenir un rendement plus élevé, que l'impédance du'conver- tisseur s'adapte à l'impédance du circuit électrique auquel il est connecté.
Cependant, l'invention présente une utilité tolite particulière dans le cas de convertisseurs à élément multiples, tels que celui représenté sur la figure 3, ce convertisseur contient sept anneaux 25, chacun correspon- dant à l'anneau 13 de la figure 1. Un des anneaux 25a est placé au centre et les autres six anneaux 25b sont répartis autour de cet anneau central aus- si près que possible de celui-ci et les uns des. autres mais sans toutefois qu'il y ait contact. Il est bien connu qu'un réseau.de sept- anneaux identi- ques procure une disposition particulièrement compacte des anneaux, qui ne peut être obrenue avec aucun - autre nombre que sept et qui, en outre, s'est révélée très avantageuse dans les convertisseurs pour lesquels on désire une bonne directivité.
Il était de règle, antérieurement, d'utiliser une seule élec- trode interne et une seule électrode externe pour chacun des sept anneaux d'un réseau tel que celui représenté sur la figure 3 et il n'était possible que d'interconnecter ces électrodes en série ou en parallèle. Comme cela a été mentionné plus haut, l'impédance totale,, lorsque tous les anneaux sont
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connectés en parallèle, est un septième de celle d'un anneau unique et, lors- que tous les anneaux sont connectés en série, l'impédance est sept fois cel- le d'un anneau unique et quarante neuf fo-is celle d'un convertisseur dans lequel les anneaux sont connectés en parallèle.
Il n'est pas passible d'en- ployer sept anneaux identiques et de répartir ceux-ci suivant une connexion série-parallèle du fait que sept est un nombre premier, c'est-à-dire qu'il n'est divisible que par septet un.
Suivant-la, présente invention, une seule électrode interne et une seule électrode externe sont utilisées pour chacun des six anneaux exté- 'rieurs 25b, cependant que des électrodes à sections multiples telles que cel- les représentées sur la figure 2 sont utilisées pour l'élément central 25a.
Du fait que les six éléments périphériques 25b peuvent être divisés soit en trois groupes de deux ou en deux groupes de trois, les cir- cuits représentés sur les figures 4 et 5 sont possibles. Dans chaque circuit, les deux jeux d'électrodes de l'élémenteentral 25a sont connectés en série entre les conducteurs de sortie 27 et 28.
Sur la figure 4, les six éléments 25b sont répartis en deux groupes de trois. Les trois éléments dans chaque groupe sont connectés en parallèle et les deux groupes sont connectés en série entre les conducteurs de sortie 27 et 28. --
Sur la figure 5 les six éléments 25b sont répartis en trois gou- pes de deux et les trois groupes sont connectés en série entre les conducteurs de sortie 27 et 28.
En se reportant maintenant à la figure 4, on supposera que ZA est l'impédance de la branche A contenant l'élément 25a comportant les élec- trodes divisées connectées en série et que ZB est l'impédance de la. branche B contenant les six éléments 25b.
ZA = 4Z ZB = 2Z/3 = A 4Z = 3E B 2Z ou
Z = impédance d'un élément unique 25b
E = potentiel entre les conducteurs 27 et 28
IA= courant dans la branche A
IB= courant dans la branche B
Comme cela est bien connu, la puissance W à un instant donné se calcule à partir de l'équation
W = EI Ainsi la puissance WA dans la branche A est :
W. = E E = E2
WA 4Z 4Z et la puissance WB dans la branche B est : WB =E3E/2Z = 2Z B 2Z 2Z Puisque seulement un sixième de la puissance dans la branche B est dissipée dans chaque élément 25b, la puissance dans chaque élément 25b est : eE2/2Z = E2/4Z
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Puisque toute la puissance dans la branche A est dissipée dans l'élément 25a, le rapport de la puissance dans l'élément 25a à celle dans chaque élément 25b est : E2
E2 =1
4Z
En d'autres termes tous les sept éléments sont également alimen- tés.
L'impédance Z4 du convertisseur complet avec les connexions re- présentées sur la figure 4 est obtenue par Inéquation :
1 1 1
Z4 ZA ZB En remplaçant ZA et ZB par leurs valeurs, il vient :
1=1 +3
Z4 4Z 2Z en en résolvant, on obtient :
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z = -1*- z 4
Sur la figure 5, 1'impédance de la branche A ainsi que la puis- sanee dans celle-ci sont les mêmes que dans le cas de la figure 4, tandis que l'impédance de la branche B est supérieure et que la puissance dans ce]Le- ci est moindre.
Ainsi l'impédance de la branche B est 3Z, et l'impédance totale *) T7 du convertisseur complet est -le-. Le courant dans la branche B est et la puissance est 2E/3Z. La puissance dans chaque élément 25b est un sixième de cette dernière soit E2/9Z' et le rapport de la puissance dans l'élément cen- tral 25a à celle dans chaque élément périphérique est :
E2
4Z
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=2- .:L
9Z
Gomme cela a été mentionné précédemment, il est souvent souhai- table d'utiliser les six éléments périphériques à un niveau inférieur à celui de l'élément central afin de réduire l'amplitude des lobes secondaires appa- raissant dans le diagramme de directivité.
Bien que dans un but d'explication de l'invention plusieurs réalisations particulières de celle-ci aient été représentées et décrites, il doit être entendu que divers changements 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.