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DISPOSITIF D'INDUCTANCE REGLABLE.
La présente invention est relative à des dispositifs d'in- ductance et plus particulièrement à des inducteurs réglables.
Dans un certain nombre d'applications, par exemple dans des circuits à faible puissance, il est fortement désirable que les inducteurs utilisés aient un coefficient de mérite, Q, élevé, et aussi, qu'ils soient réglables sur une large échelle de valeurs d'inductance. De plus, il est désirable que les inducteurs soient réglables exactement sur cette large échelle de valeurs, pour permettre d'accorder le circuit dans des limites précises, par exemple dans plus ou moins 5 cycles d'une fréquence désirée dans l'échelle de fréquences de 30 à 200 kilocycles L'inducteur sera avantageusement compact en dimensions et sera constitué de parties faciles à fabriquer. Le mécanisme de réglage de l'inducteur sera simple de con- structjon et de fonctionnement, tout en permettant un accord exact avec un outil simple.
Antérieurement, on a utilisé des méthodes diverses pour accor- der les inducteurs. Une de ces méthodes consiste à incorporer un entrefer fixe dans le circuit magnétique d'un inducteur et.à insérer un réglage magnétique ou organe d'accord dans l'entrefer afin de réduire sa longueur.
Il en résulte un accroissement de l'inductance lorsque l'organe magnéti- que est inséré dans l'entrefer; toutefois, cette méthode d'accord exige le réglage précis d'un petit organe de,accord dans l'espace limité de l'en- trefer. La variation d'inductance par rapport au déplacement de l'organe d'aocord tend à être exponentielle plutôt que linéaire, ce qui est plus souhaitable. Aussi, des concentrations de flux dans :+'organe d'accord ré- duisent grandement le Q de l'inducteur.
Une deuxième méthode de variation de l'inductance d'un induc- teur réglable consiste à faire varier la longueur d'un entrefer en dépla-
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çant ses surfaces adjacentes l'une par rapport à l'autre. Ceci toutefois exige un réglage mécanique qui fera varier l'entrefer mais de peu. de mil- lièmes de pouce, sur l'échelle entière de réglage et le changement en in- ductance par rapport à un réglage mécanique est exponentiel de manière dé- finie.
Une troisième méthode de réglage de l'inductance consiste à faire varier le nombre de spires sur la bobine, mais ce type de réglage ne s'adapte pas aisémment à des inducteurs à noyaux fermés avec des moyens de réglage simples.
Un objet général de la présente invention consiste à améliorer la structure et les caractéristiques de fonctionnement de dispositifs d'in- ductance réglables.
Des objets splus spécifiques de cette invention consistent à faciliter le réglage d'inducteurs variables, à accroître 1/échelle d'accord de tels dispositifs, à obtenir un rapport sensiblement linéaire entre l'in- ductance et le déplacement de l'élément d9accord, et à réaliser un induc- teur à Q élevé de dimensions totales minima pour des exigences prescrites.
Dans une forme de réalisation spécifique illustrative de l'in- vention, un inducteur comprend une bobine enroulée autour d'un organe noyau en forme de coupelle en matière magnétique, avantageusement en ma- tière magnétique cristalline connue sous le nom de ferrite, aligné axiale- ment dans une enveloppe cylindrique, également en matière magnétique, pos- sédant une ouverture centrale à une extrémité. La bordure de l'organe noyau en forme de coupelle et la surface intérieure de l'enveloppe adja- cente à 'ouverture définissent un entrefer de longueur fixe. Un organe d'accord ou cylindre, également en matière magnétique, est assujetti à une vis de réglage, laquelle est supportée par une plaque terminale atta- chée à l'extrémité ouverte de l'enveloppe.
Le cylindre d'accord est ré- glable vers le bas à travers l'ouverture de l'enveloppe, dans l'évidement de l'organe noyau central en forme de coupelle.
Une particularité de cette invention consiste à fournir un circuit magnétique parallèle comprenant un parcours de réluctance fixe comportant un entrefer, et un parcours de réluctance variable à travers un organe d'accord, l'accord étant accompli par l'effet de shuntage de l'organe d'accord.
Une particularité de cette invention consiste à fournir un cylindre d'accord, lequel est réglable au voisinage d'un entrefer dans le parcours de réluctance fixe, de telle sorte que le flux est shunté de- puis l'entrefer à travers le cylindre d'accord et aussi réglé dans la di- rection de la longueur de l'entrefer.
Une autre particularité de cette invention consiste en ce qu'elle fournit un mécanisme d'accord dans lequel le cylindre d'accord est capable de parcourir, au voisinage de l'entrefer, une distance éga- lant plusieurs fois la longueur de l'entrefer, pour shunter graduellement le flux à cet entrefer, de manière que l'inducteur ait une variation douce eninductance.
Une autre particularité encore de cette invention consiste en la corrélation de certains paramètres de la structure magnétique, afin de conférer un rapport optimum de la résistance de courant continu au vo- lume pour l'inducteur. Parmi ces paramètres discutés dans la suite de ce mémoire, les plus importants sont "R". le rayon extérieur de l'organe enveloppe; "PR", le rayon de l'organe noyau central exprimé en fonction du rayon extérieur "R", multiplié par un facteur, rayon "P"; les hauteurs com- binées des enveloppes "HR", exprimées en fonction du rayon extérieur "R", multiplié par le facteur hauteur "H"; et enfin l'épaisseur des onganes en- veloppes "t".
On comprendra complètement cette invention ainsi que les di-
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verses particularités de celle-ci en examinant la description détaillée ci- dessous et les dessins annexée,dans lesquels - la figure 1 est une élévation frontale partiellement en cou- pe d'un inducteur illustratif d9une forme de réalisation de cette invention; - les figures 2A, 2B et 2C sont des illustrations sous forme de diagrammes d9une section verticale de 1?inducteur de la figure 1, mon- trant 1?organe d9accord en trois positions différentes et les changements dans les parcours de flux avec le mouvement de 1?organe d9accord;
- la figure 3 est une représentation graphique du changement
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en inductance par rapport au déplacement linéaire de 19organe d3aooord les points A9 2B et 2C correspondant à des valeurs d9înductance, lorsque la fiche daaccord se trouve dans les positions illustrées respectivement par les figures 2A, 2B et 2Co (Sur la figure 3. en ordonnée 19inductance en millihenrys; en abscisse : le déplacement linéaire du cylindre daccord en pourcent du déplacement total).
- la figure 4 est une coupe partielle d'une forme de réali- sation de la flotte d'accord utilisant un détail de réglage différente - la figure 5 est une représentation graphique de la variation de la résistance de courant continu dans 1?inducteur lorsqu'on fait varier la hauteur des organes enveloppes dans des structures ayant des noyaux de plusieurs formes, comme prouvé par la variation dans le facteur de hauteur
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" Sw la figure 5 , en ordonnée Rdc-Résistance relative de courant continu (1,00 = Résistance minimum théorique);
en abscisse :le facteur de hauteur "H".) - la figure 6 est une représentation graphique de la varia- tion de résistance de courant continu dans les inducteurs lorsqu'on fait varier le facteur de rayon, tandis que le facteur de hauteur "H" de l'en- veloppe reste constant pour plusieurs formes de noyaux. (Sur la figure 6 en ordonnée : Rdc-Résistance relative de courant continu (1,00 = Résistan- ce minimum théorique); en abscisse, le facteur rayon "P".
Dans le dispositif illustré à la figure 1, une enveloppe cy- lindrique 10 en matière magnétique:, telle que ferrite zinc - manganèse, supporte un organe noyau central 11 également en matière magnétique, telle que ferrite zinc - manganèse. On fixe 1?organe noyau central 11 par un disque isolant 13, en papier par exemple, lequel est collé à la surface de fond 12 de 1?enveloppe 10, constituant avec le disque en papier 13 un
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entrefer entre leenveloppe 10 et 19 organe noyau central 11. On prévoit dans la surface supérieure de 1-'organe noyau central 11 un évidement 14
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creusé dans la surface circulaire 15o On entoure l8organe noyau central Il d'un tube isolant 16 sur lequel sont enroulées les bobines 17.
On peut utiliser deux bobines duolatérales dans la forme de réalisation spécifique illustrée de cette invention, mais naturellement, on peut utiliser un nom- bre et un type de bobines différents.
Au bord supérieur de l'enveloppe 10, on accole en une posi- tion opposée une enveloppe similaire 22, également en matière magnétique, comportant une ouverture centrale 24. Les deux enveloppes entourant une
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chambre creuse 23 dans laquelle on loge P organe noyau 11 et 1-9assemblage de bobineso On prévoit deux ouvertures 25 dans 1?enveloppe 22 au travers desquelles passent les fils 26 pour les bobines 17. A la surface perforée externe de 1?enveloppe 22 est fixée une plaque terminale 27 en matière iso- lante qui supporte les bornes 28. La plaque terminale 27 a une partie
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montante centrale 31 comportant une ouverture taraudée 32. On prévoit à l'extrémité des filets de couverture 32 un épaulement 33.
Une ouverture 34 pénètre dans l9épaisseur restante de la plaque terminale et est alignée axialement avec l'ouverture 24 et l9évidement 14. Une vis de réglage 35 en matière non conductrice et non magnétique s9engage dans les filets de
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12ouverture 32 et supporte un cylindre d'accord 36 en matière magnétique.
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La vis de réglage 35 retient un dispositif de blocage consistant en une vis d'arrêt 37 et une lamelle ressort 38 logée dans une ouverture trans- versale 39.
Le cylindre d'accord 36 est réglable suivant l'axe des enve- loppes 10 et 22 et 19organe noyau central 11, à travers l'ouverture centra- le 24 de l'enveloppe 22 et dans l'évidement 14. La surface courbe du cylin- dre d'accord et la surface correspondante de l'ouverture centrale 24 déter- minent un entrefer 41, tandis que la même surface courbe du cylindre d'ac- cord et le côté de l'évidement 14 définissent un entrefer variable 42.
La surface annulaire 15 de l'organe noyau 11 et la surface interne 29 de l'enveloppe 22 définissent un entrefer fixe 43.
L'inducteur a une valeur d'inductance minimum définie par le retrait du cylindre d'accord 36 de la chambre 23. Cette valeur dépend de la bobine et du circuit magnétique fixe à travers les enveloppes et l'or- gane noyau central et des entrefers entre ces éléments. Lorsque le cylindre d'accord se déplace vers le bas sur la figure 1, l'entrefer variable 42 décroît en réluctance, offrant un parcours shunt au flux. En raison de la décroissance en réluctance de l'entrefer effectif total, l'entrefer fixe 43 en parallèle avec l'entrefer variable 42, la valeur d'inductance de l'inducteur s'accroît. Lorsqu'est obtenue l'inductance ou la condition de circuit désirée, on peut bloquer à demeure le cylindre d'accord pour maintenir indéfiniment cette condition.
On obtient le blocage par le ser- rage de la vis d'arrêt 37. Cette action allonge la lamelle ressort 38 et ses extrémités engagent des filets dans la plaque terminale 27, empêchant le mouvement de la vis de réglage 35 et du cylindre d'accord suspendu 36.
Les effets de réglage du cylindre d'accord sont illustrés sur les figures 2A, 2B et 20. Sur la figure 2A, le cylindre d'accord 36 est complètement retiré de l'évidement 14 de telle sorte que le parcours du flux magnétique entoure les enveloppes extérieures 10 et 22, à travers l'en- trefer 43 et l'organe noyau central 11. Lorsque le cylindre d'accord pé- nètre dans l'évidement 14, une partie du flux est alors shuntée à travers l'entrefer 41, le cylindre d'accord 36 et l'entrefer 42, la partie restan- te suivant le parcours fixe à travers l'entrefer 43. Lorsque le cylindre d'accord est abaissé, le parcours shunt décroit graduellement en réluctan- ce vers le point où passe presque tout le flux à travers le cylindre d'ac- cord et l'inductance approche le sommet de l'échelle effective.
La figure 3 est une illustration graphique du fonctionnement du dispositif et donne l'indication de quelques uns de ses avantages. Le graphique montre une très large variation d'inductance de l'inducteur lors- qu'il est accordé, la variation étant approximativement de l'ordre de 15 pourcent de l'un ou l'autre côté d'une valeur d'inductance moyenne. La valeur d'inductance varie en fait linéairement avec le réglage mécanique à un taux approximatif de 0,1 pourcent par millième de pouce du déplace- ment du cylindre d'accord observé sur l'échelle large.
Dans une structure typique, le déplacement du cylindre d'accord pendant un réglage sur l'é- chelle entière se situe entre 0,63 et 0,76 cm ou entre 6 et 8 fois la lon- gueur de l'entrefer fixe 43. En utilisant des filets de 10 tours par cm sur la vis de réglage 35, plus dé 6 tours de la vis sont possibles pour l'échelle complète de réglage. Une telle échelle large de réglage mécani- que avec variation d'inductance linéaires rend possible un accord à moins de 1/100 de 1 pour cent d'une valeur d'inductance désirée.
L'inductance du dispositif s'accroît rapidement lorsque le cy- lindre d'accord approche l'organe noyau central malgré qu'alors le par- cours de flux cesse de traverser l'entrefer 42 et s'écoule plutôt entre les bases du cylindre d'accord 36 et l'évidement 14. Puisqu'on désire ha- bituellement utiliser seulement la partie linéaire de la courbe d'induc- tance montrée sur la figure 3 et cependant supprimer du cylindre d'accord 36 frappant l'organe noyau central 11 le danger de surréglage, on peut rem- placer l'épaulement fixe d'arrêt 33 par un épaulement réglable qu'on peut
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disposer de manière à pouvoir utiliser Il'échelle linéaire entière et seule-
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ment cette échelle de valeur dpinductance.
Sur la figure 4 montrant un dispositif de réglage différent
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pour 19inducteur de la figure 1, couverture filetée 32 se prolonge à tra- vers la plaque terminale 27. Les filets externes d9une bague fendue 51 sont en prise avec les filets de couverture. Une fente 52 dans la bague 51 correspond à une rainure 53 de la vis de réglage 35. En utilisant un tour- nevis spécial à lame mince, on peut actionner vers le bas la bague 51 et la vis de réglage 35 jusqu'au point le plus bas de réglage désire On peut ensuite retirer le tournevis spécial et tourner seule la vis de réglage.
La dimension de la bague 51 sera légèrement supérieure de telle sorte qu'el- le restera en position comme un épaulement d'arrêt jusqu'au moment ou on la déplace de la manière utilisée pour 1?insérera
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Afin d9atteindre le Q le plus élevé possible dans un induc- teur pour des. applications dans 1?échelle de fréquence d'environ 30-200 ki-
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locycles, il est judicieux d-utîlîser des organes noyaux en ferrite et de former ces organes aux dimensions relatives qui donneront le rapport le plus bas de résistance de courant continu au volume pour une inductance donnée.
Dans des noyaux inducteurs comprenant une enveloppe cylindri- que extérieure et une bqrne axiale, les deux en matière magnétique, et un entrefer situé quelque part dans le circuit magnétique.!! les dimensions re- latives optimum sont les suivantes : la hauteur de l'enveloppe cylindrique sera prise entre 1,00 et 1,25 fois le rayon externe de l'enveloppe et le rayon de la borne centrale sera pris entre 0,4 et 0,5 du rayon externe de l'enveloppe. Dans une détermination théorique de ces dimensions, on suppo- se que la distribution de flux est uniforme dans le noyau et que l'entrefer ne doit pas concentrer indûment le flux.
Dans la détermination, on observe les relations suivantes :
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t = épaisseur de 19enveloppe donnée par (R-t) = R 1 - p2 ( 1 ) Section transversale magnétique ( A = # P2R2 (2) parcours magnétique moyen = # = -
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R(3 , /. 2 1 + 2FI) (3) Section transversale d9 aire de bobi-
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Longueur moyenne de spire: # =
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7' R . l 2 p) (5) Volume de bobine:
V = 'Tf R3 H (6)
En déterminant la relation entre 1?inductance, le nombre de spi res et la densité de flux, la réluctance d'un noyau magnétique de section transversale uniforme, avec un entrefer, est ,le +1,4- mg
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Rel. - m¯¯ ,./ mA--------- = /-c. -- (7)
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dans laquelle "Rel." est la réluctance ; "g" est la longueur effective d'entrefer; "#m " est la perméabilité de la matière du noyau; "#" est la perméabilité effective du noyau plus un entrefer.
La force magnétomotrice due au courant I dans un bobinage de N spires sur un tel noyau est :
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M.M.F. = 0,4 J7' NI (8) et le flux magnétique, dans la bobine est : , MIF 04 11 Na t (9) T Rel # La tension, E, induite par ce flux est :
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du d ci> - 04 4 19. u dt abvolta L4F = N de 77 dt abvolts = 4 Tr N2A/U,()-9- di dt volts. (10) ##-y-### dt volts. (la) d'où l'on voit que l'inductance, L, est
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-17- N 2A /ruz L = 4 1T' "C -A /u la henrys (il) La densité de flux maximum, B , (pour courant sinusoïdal) est :
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Si PR, R et HR dans les rations (2) et (3) sont exprimés en centimètres, on a :
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On peut déterminer la résistance de courant continu comme une fonction de P et de H.
La résistance de courant continu de la bobine est
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dans laquelle # est la résistivité du fil, et Kw est le rapport de la section transversale du conducteur total à la section transversale de bobi- nage utilisable, w. En remplaçant les valeurs de N, # et w, données respectivement par les équations (14),(5) et (4), dans l'équation (16), on a
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L'intéret primordial réside dans les effets de changements' dans P et H, dans un inducteur dont le volume de bobine,B, restera constant.
Par substitution dans 1?équation (6), on peut éliminer le R variable.
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Des solutions graphiques de Inéquation ci-dessus pour Rdc sent trouvées sur les figures 5 et 6. La figure 5 montre le changement de la résistance de courant continu avec la variation dans les hauteurs des orga- nes enveloppes dans plusieurs inducteurs où, le rapport des rayons de l'en- veloppe et de la borne reste constant. Chacune des courbes montre une va- leur minimum de résistance de courant continu. Le point minimum varie aussi avec chacun des inducteurs différents. Cette détermination permet le calcul d'un inducteur avec la résistance de courant continu la plus bas- se possible en utilisant la valeur optimum pour les deux facteurs hauteur et rayon. La plus basse résistance de courant continu pour ces deux cri- tères de calcul apparaît au point D de la-figure 5.
A ce point, la cour- be la plus basse, P = 0,45, atteint sa valeur la plus basse où le facteur de hauteur H est égal à 1,10 et l'échelle de valeurs P de 0,4- à 0,5 avec H égal aux valeurs de 1,00 à 1,25 constituent les limites de formes de
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noyaux optimao
La figure 6 est une illustration graphique de la variation en résistance de courant, continu, dans plusieurs inducteurs,avec des facteurs de hauteur fixes lorsqu'on fait varier le facteur de Tayon P. Le point de résistance de courant continu le plus bas apparaît sur la courbe, H égal l,10 au point E ou P égal 0,45.
Le point E correspond au point D sur la figure 5
On comprendra que les agencements décrits ci-dessous sont illustratifs de Inapplication des principes de l'invention. De nombreux autres agencements peuvent être imaginés par les spécialistes de cette technique sans se départir de l'esprit ni du champ de l'invention.
REVENDICATIONS. la Dispositif d'inductance comprenant une enveloppe en matiè- re magnétique, un noyau en matière magnétique dans cette enveloppe et dé- finissant avec celle-ci un entrefer, cette enveloppe, ce noyau et cet en- trefer définissant un parcours magnétique de réluctance prescrite, une bobine couplée magnétiquement à ce noyau, et un organe d'accord en matière magnétique réglable dans cette enveloppe, adjacent à cette enveloppe et à cette borne, cet organe d'accord définissant un parcours magnétique de ré- luctance variable en parallèle avec le premier parcours magnétique.
2. Dispositif d'inductance comprenant une enveloppe en matiè- re magnétique, un organe en forme de coupelle en matière magnétique dans cette enveloppe et définissant avec celle-ci un entrefer, une bobine en- tourant cet organe en forme de coupelle, cet organe, l'enveloppe et l'en- trefer définissant un parcours magnétique de réluctance fixe, et un orga# d'accord en matière magnétique réglable dans l'organe en forme de coupel- le, l'organe d'accord définissant un parcours magnétique shunt de réluctm- ce variable autour de cet entrefer dans le parcours magnétique de réluctan- ce fixe.
3. Dispositif d'inductance comprenant une enveloppe en ma- tière magnétique, un organe en forme de coupelle en matière magnétique fixé dans l'enveloppe et définissant avec celle-ci un entrefer, une bo- bine entourant l'organe en forme de coupelle, cet organe présentant une bordure, cette bordure définissant un entrefer avec la surface interne de l'enveloppe, l'organe en forme de coupelle, l'enveloppe et l'entrefer dé- finissant un parcours magnétique de réluctance fixe, et un organe d'accord en matière magnétique réglable dans l'organe en forme de coupelle, cet or- gane d'accord définissant un parcours magnétique shunt de réluctance va- riable autour de cet entrefer dans le parcours magnétique de réluctance fixée
4.
Dispositif d'inductance comprenant une enveloppe en matiè- re magnétique, un organe en forme de coupelle en matière magnétique dans cette enveloppe, une bobine entourant l'organe en forme de coupelle, cet organe en forme de coupelle présentant une bordure, cette bordure définis- sant un entrefer avec la surface interne de l'enveloppe, l'organe en forme de coupelle, l'enveloppe et l'entrefer définissant un parcours magnétique de réluctance fixe, et un organe d'accord en matière magnétique réglable adjacent à l'enveloppe et dans cet organe en forme de coupelle, l'organe d'accord définissant un entrefer avec l'enveloppe et un entrefer avec l'or- gane en forme de coupelle, l'organe d'accord et les entrefers définis avec celui-ci comprenant un parcours magnétique shunt en parallèle avec le par- cours magnétique de réluctance fixe.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.