EP0077240B1 - Inductance à ruban imprimé et émetteur comportant une telle inductance - Google Patents

Inductance à ruban imprimé et émetteur comportant une telle inductance Download PDF

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EP0077240B1
EP0077240B1 EP19820401758 EP82401758A EP0077240B1 EP 0077240 B1 EP0077240 B1 EP 0077240B1 EP 19820401758 EP19820401758 EP 19820401758 EP 82401758 A EP82401758 A EP 82401758A EP 0077240 B1 EP0077240 B1 EP 0077240B1
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EP
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inductance
cylinder
ring
cursor
axis
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Albert Boubouleix
Jacques Hermann
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/06—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with current collector gliding or rolling on or along winding
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    • H01F17/0006—Printed inductances
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    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F2017/006—Printed inductances flexible printed inductors

Definitions

  • the invention relates to an inductor mainly used in circuits tuned on medium power transmitters.
  • Such inductances are usually produced by winding a conductor according to a helix defined by its pitch and its number of turns drawn on a generator cylinder.
  • this variation can be ensured by leaps, by switching taps arranged along the propeller, which makes it possible to change the number of turns contributing to the value of the inductor.
  • the transmitter has a remote control or an automatic tuning system
  • a continuous variation of the inductance value is necessary.
  • this variation is obtained by the displacement of the fulcrum of a cursor on the conductor by a screwing movement around the axis of the propeller.
  • the cursor is usually placed inside the propeller. It is in mechanical and electrical connection with a rotary conductor arranged along the axis of the propeller, on which it can move longitudinally.
  • a motor rotates the axial conductor, which causes the desired variation in the inductance.
  • Such devices have electrical drawbacks such as the presence in series of three friction contacts, one on the cursor in contact with the helical conductor, a second allowing sliding on the rotating axial conductor, a third to ensure the connection of this axial conductor with the fixed elements of the circuits associated with the device.
  • the unused turns of the propeller have a "dead end" effect capable of creating parasitic resonances.
  • the object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the subject of the invention is an inductor comprising a conductor forming a cylindrical helix, the conductor being constituted by a ribbon printed on the surface of an insulating cylinder, characterized in that it is made variable by sliding along the axis of the insulating cylinder of a slider comprising at least one ring of contacts mounted on a conductive ring of diameter slightly greater than that of the cylinder.
  • Fig. 1 represents a flexible support surface 1 printed on which inclined copper strips 2 are obtained by implementing a known technique for manufacturing printed circuits consisting, for example, of attacking by chemical means the surface parts left free between the copper bands, after screen printing of the drawing representing the bands, using a protective ink.
  • the winding of the support 1 on an insulating cylinder 3, shown in FIG. 2, superimpose lines A and B in fig. 1, which restores the continuity of the helical conductor.
  • This continuity is materially produced along a strip C which extends the width of the support beyond the line A and which constitutes an overlap zone after winding of the support on the insulating cylinder 3.
  • Fig. 3 shows in section the elements which ensure, in this overlap zone, the electrical continuity at a copper strip 2 of the printed support and the mechanical fixing of this flexible support on the insulating cylinder 3.
  • the flexible support 1 used is a double-sided circuit.
  • the copper-colored parts of the first face form the turns 2 of the inductance.
  • the copper-colored part of the second face is limited to the facing surfaces with the copper-colored parts of the first face at the level of the covering strip C, in order to constitute fixing zones by welding with the corresponding copper-colored parts of the first face, in order to '' ensure the mechanical strength and facilitate the wetting, by welding, of rivets 4 ensuring electrical continuity.
  • This process results in the construction of an inductor of fixed value and usable as it is.
  • This inductance is made adjustable by the installation of a slider according to FIG. 4.
  • This cursor consists of a copper ring 5 with a diameter slightly greater than that of the printed cylinder.
  • a crown, 6 and 7 composed of about fifty elastic contacts pressing on the cylinder along a circumference located in a plane perpendicular to the axis of the cylinder.
  • These crowns are made of beryllium bronze from a band 8 in FIG. 5 cut into the shape of a comb with wide teeth 9.
  • each teeth are then preformed so that each forms one of the contacts of a crown, the latter being made up of a length of strip, fixed, using rivets, by its unformed part, at one end of the slider ring, over the entire length of its internal circumference.
  • a crown being made up of a length of strip, fixed, using rivets, by its unformed part, at one end of the slider ring, over the entire length of its internal circumference.
  • One of these crowns 6 ensures the connection between the cursor ring and the printed turns, by a number of contacts in parallel which is all the higher the larger the width of the printed part and the narrower the space between turns.
  • the ring is dimensioned in length so that short-circuit, via the two crowns mounted at its ends, the unused turns, whatever its position between those giving the maximum and minimum values of the inductance.
  • the width and the pitch of the helical conductor can vary the along the cylinder.
  • the conductive strips 2 of FIG. 1 represent an example of this improvement.
  • the increase in the width of the conductive strip in the region which remains alone used at low inductance values allows the improvement of the inductance overvoltage for these low values.
  • the increased surface of the copper in this region allows an improved evacuation of the calories due to the high frequency losses of the device, these losses being concentrated on the only turns remaining used for the low inductance values.
  • the variation in the pitch of the helix formed by the conductive strip also makes it possible to improve the device by choosing an optimized law of variation of the inductance as a function of the movement of the ring along the printed cylinder.
  • the electrical connection, between the cursor ring and the fixed elements of the circuits associated with the inductance, is provided by a wiper 10 in FIG. 4, integral with the ring, which establishes permanent contact with a silver brass rail 11 disposed parallel to the axis of the insulating cylinder.
  • Fig. 6 shows the inductance terminated with the drive means of the slider ring.
  • the printed support 1 the helical drawing 2
  • the cursor ring 5 the contact rings 6 and 7.
  • the positions of the cursor 10 and of the rail 11 are recalled in the middle of the ring.
  • the sliding of the slider ring along the cylinder carrying the printed inductance is ensured by two threaded rods 12, 13 arranged parallel and symmetrically with respect to the axis of the printed cylinder.
  • These rods have a thread consisting of a square section groove whose pitch is determined according to the friction and the desired speed of movement of the ring.
  • These rods act by screwing in a balanced manner on two nuts 14, 15 made integral with the ring using insulating spacers 16,17.
  • the rotation of the rods is ensured by gears 18, 19 integral with these rods and placed in a plane perpendicular to the axis of the cylinder printed at the end thereof.
  • These gears are themselves driven synchronously by an intermediate gear 20, itself driven by a servo motor not shown in the figure.
  • the symmetrical action of the ring drive system allows precise positioning of the ring during changes in inductance value while maintaining the coincidence of its axis and that of the printed cylinder. This avoids any jamming effect and excessive crushing of the crown contacts, which could result from an asymmetrical drive of the ring.
  • variable inductance which has just been described is particularly applicable to the tuning circuits of the transmitters.
  • a maximum value of 111 lH is obtained with 22 turns printed on a cylinder with a diameter of 70 mm and a length of 280 mm.
  • the admissible current is 10 A with an overvoltage coefficient greater than 200.
  • the resulting dissipated power is approximately 15 W.
  • the printed circuit used to obtain these performances has a copper thickness greater than 1 00 Il.
  • the mechanical drive described allows a positioning time of less than 1.5 s.
  • the invention is not limited to the embodiment precisely described and produced.
  • various techniques of printed circuits can provide alternative embodiments.
  • the use, for example, of metallized holes can eliminate the use of rivets on the overlap zone C of FIG. 3.
  • the support cylinder may in another variant be made of insulating material treated to receive, directly by copper metallization, the design of the inductor according to the known screen printing process, this avoiding the winding operation described above.
  • the electrical connection of the slider ring to the fixed elements of the associated circuits by means of the wiper 10 and the rail 11 can be replaced in another variant embodiment by a semi-rigid connection such as a copper strip, which eliminates a friction contact if the mechanical and electrical stabilities are deemed sufficient.
  • the embodiment then presents only one contact by friction in series with the inductor.

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  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Description

  • L'invention concerne une inductance principalement utilisée dans des circuits accordés sur des émetteurs de moyenne puissance.
  • De telles inductances sont habituellement réalisées en bobinant un conducteur selon une hélice définie par son pas et son nombre de spires tracées sur un cylindre générateur. Dans le cas d'une inductance variable, cette variation peut être assurée par bonds, en commutant des prises disposées le long de l'hélice, ce qui permet de changer le nombre des spires contribuant à la valeur de l'inductance. Lorsque l'émetteur possède une télécommande ou un système d'accord automatique, une variation continue de la valeur de l'inductance est nécessaire. Dans ce cas, cette variation est obtenue par le déplacement du point d'appui d'un curseur sur le conducteur par un mouvement de vissage autour de l'axe de l'hélice. Le curseur est habituellement placé à l'intérieur de l'hélice. Il est en liaison mécanique et électrique avec un conducteur rotatif disposé selon l'axe de l'hélice, sur lequel il peut se déplacer longitudinalement. Un moteur assure la rotation du conducteur axial, ce qui entraîne la variation souhaitée de l'inductance.
  • De tels dispositifs présentent des inconvénients électriques tels que la présence en série de trois contacts par frottement, un sur le curseur en contact avec le conducteur en hélice, un deuxième permettant le glissement sur le conducteur axial tournant, un troisième pour assurer la liaison de ce conducteur axial avec les éléments fixes des circuits associés au dispositif. D'autre part, les spires inutilisées de l'hélice présentent un effet de «bout mort» susceptible de créer des résonances parasites.
  • Sur le plan mécanique, une variation entre les valeurs extrêmes de l'inductance impose au curseur le parcours de la longueur développée du conducteur en hélice. La rapidité du positionnement du curseur sur ce parcours est limitée par des considérations telles que l'inertie des masses tournantes mises en mouvement et l'usure due à la grande vitesse de glissement du curseur sur le conducteur et la pression exigée pour obtenir une résistance de contact minimale entre le curseur et le conducteur. Ces contraintes imposent la mise en ceuvre de dispositifs d'asservissement puissants, dissipant beaucoup d'énergie, associés à des réalisations mécaniques coûteuses.
  • Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités.
  • A cet effet l'invention a pour objet une inductance comportant un conducteur formant une hélice cylindrique, le conducteur étant constitué par un ruban imprimé sur la surface d'un cylindre isolant, caractérisée en ce qu'elle est rendue variable par glissement le long de l'axe du cylindre isolant d'un curseur comportant au moins une couronne de contacts montée sur une bague conductrice de diamètre légèrement supérieur à celui du cylindre.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention et des figures s'y rapportant.
    • Les fig. 1, 2, 3, 4, 5 illustrent les étapes de fabrication de l'inductance selon l'invention.
    • La fig. 6 représente les éléments essentiels de l'inductance terminée.
  • La fig. 1 représente une surface de support souple 1 imprimé sur lequel des bandes de cuivre 2 inclinées sont obtenues par mise en oeuvre d'une technique connue de fabrication de circuits imprimés consistant, par exemple, à attaquer par voie chimique les parties de surface laissées libres entre les bandes de cuivre, après impression par sérigraphie du dessin représentant les bandes, à l'aide d'une encre protectrice. L'enroulement du support 1 sur un cylindre isolant 3, représenté sur la fig. 2, superpose les lignes A et B de la fig. 1, ce qui reconstitue la continuité du conducteur en hélice. Cette continuité est matériellement réalisée suivant une bande C qui prolonge la largeur du support au-delà de la ligne A et qui constitue une zone de recouvrement après enroulement du support sur le cylindre isolant 3.
  • La fig. 3 représente en coupe les éléments qui assurent, dans cette zone de recouvrement, la continuité électrique au niveau d'une bande de cuivre 2 du support imprimé et la fixation mécanique de ce support souple sur le cylindre isolant 3. Le support souple 1 utilisé est un circuit double face. Les parties cuivrées de la première face forment les spires 2 de l'inductance. La partie cuivrée de la deuxième face est limitée aux surfaces en regard avec les parties cuivrées de la première face au niveau de la bande de recouvrement C, pour constituer des zones de fixation par soudure avec les parties cuivrées correspondantes de la première face, afin d'assurer la tenue mécanique et de faciliter le mouillage, par la soudure, de rivets 4 assurant la continuité électrique.
  • Ce procédé aboutit à la construction d'une inductance de valeur fixe et utilisable telle quelle. Cette inductance, selon une des caractéristiques de l'invention, est rendue ajustable par la mise en place d'un curseur selon la fig. 4. Ce curseur est constitué par une bague en cuivre 5 de diamètre légèrement supérieur à celui du cylindre imprimé. A chaque extrémité de cette bague est fixée une couronne, 6 et 7, composée d'environ cinquante contacts élastiques faisant pression sur le cylindre le long d'une circonférence située dans un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre. Ces couronnes sont réalisées en bronze béryllium à partir d'une bande 8 sur la fig. 5 découpée en forme de peigne à larges dents 9. Ces dents sont ensuite préformées de façon que chacune forme l'un des contacts d'une couronne, celle-ci étant constituée d'une longueur de bande, fixée, à l'aide de rivets, par sa partie non formée, à une extrémité de la bague curseur, sur toute la longueur de sa circonférence interne. L'une de ces couronnes 6 assure la liaison entre la bague curseur et les spires imprimées, par un nombre de contacts en parallèle d'autant plus élevé que la largeur de la partie imprimée est grande et que l'espace entre spires est étroit. La bague est dimensionnée en longueur de façon à court-circuiter, par l'intermédiaire des deux couronnes montées à ses extrémités, les spires non utilisées, quelle que soit sa position entre celles donnant les valeurs maximale et minimale de l'inductance.
  • Une autre caractéristique de la construction de l'inductance à partir de circuits imprimés selon l'invention autorise la mise en oeuvre d'un perfectionnement supplémentaire dans le cas d'une inductance variable: la largeur et le pas du conducteur en hélice peuvent varier le long du cylindre. Les bandes conductrices 2 de la fig. 1 représentent un exemple de ce perfectionnement.
  • L'augmentation de la largeur de la bande conductrice dans la région qui reste seule utilisée aux faibles valeurs d'inductance permet l'amélioration de la surtension de l'inductance pour ces faibles valeurs. D'autre part la surface augmentée du cuivre en cette région permet une évacuation améliorée des calories dues aux pertes hautes fréquences du dispositif, ces pertes se trouvant concentrées sur les seules spires restant utilisées pour les faibles valeurs d'inductance.
  • La variation du pas de l'hélice formée par le ruban conducteur permet par ailleurs de perfectionner le dispositif en choisissant une loi de variation optimisée de l'inductance en fonction du déplacement de la bague sur le long du cylindre imprimé.
  • La liaison électrique, entre la bague curseur et les éléments fixes des circuits associés à l'inductance, est assurée par un frotteur 10 sur la fig. 4, solidaire de la bague, qui établit un contact permanent avec un rail en laiton argenté 11 disposé parallèlement à l'axe du cylindre isolant.
  • La fig. 6 représente l'inductance terminée avec les moyens d'entraînement de la bague curseur. Pour les commodités de lecture du dessin, sont seuls représentés les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Sont reportés: le support imprimé 1, le dessin en hélice 2, la bague curseur 5 et ses couronnes de contacts 6 et 7. Les positions du curseur 10 et du rail 11 sont rappelées au milieu de la bague.
  • Le glissement de la bague curseur le long du cylindre portant l'inductance imprimée est assuré par deux tiges filetées 12, 13 disposées parallèlement et symétriquement par rapport à l'axe du cylindre imprimé. Ces tiges ont un filetage constitué par une rainure de section carrée dont le pas est déterminé en fonction des frottements et de la vitesse souhaitée du déplacement de la bague. Ces tiges agissent par vissage d'une manière équilibrée sur deux écrous 14, 15 rendus solidaires de la bague à l'aide d'entretoises isolantes 16,17. La rotation des tiges est assurée par des engrenages 18, 19 solidaires de ces tiges et placés dans un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre imprimé à l'extrémité de celui-ci. Ces engrenages sont eux- mêmes entraînés d'une manière synchrone par un engrenage intermédiaire 20, lui-même entraîné par un moteur d'asservissement non représenté sur la figure. L'action symétrique du système d'entraînement de la bague permet un positionnement précis de celle-ci pendant les changements de valeur d'inductance en maintenant la coïncidence de son axe et de celui du cylindre imprimé. Cela évite tout effet de coincement et un écrasement excessif des contacts des couronnes, qui pourraient résulter d'un entraînement dissymétrique de la bague.
  • L'inductance variable qui vient d'être décrite est particulièrement applicable aux circuits d'accord des émetteurs. Dans un mode de réalisation pour la gamme de 1,5 à 30 MHz, une valeur maximale de 111lH est obtenue avec 22 spires imprimées sur un cylindre de diamètre de 70 mm et de longueur de 280 mm. Le courant admissible est de 10 A avec un coefficient de surtension supérieur à 200. La puissance dissipée résultante est d'environ 15 W. Le circuit imprimé utilisé pour obtenir ces performances présente une épaisseur de cuivre supérieure à 1 00 Il.
  • L'entraînement mécanique décrit permet un temps de positionnement inférieur à 1,5 s.
  • L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précisément décrit et réalisé. En particulier les techniques diverses de circuits imprimés peuvent fournir des variantes de réalisation. L'usage, par exemple, des trous métallisés peut supprimer l'emploi de rivets sur la zone de recouvrement C de la fig. 3. Le cylindre-support peut dans une autre variante être réalisé en matière isolante traitée pour recevoir, directement par métallisation de cuivre, le dessin de l'inductance selon le procédé connu de sérigraphie, cela évitant l'opération d'enroulement précédemment décrite.
  • La connexion électrique de la bague curseur aux éléments fixes des circuits associés par l'intermédiaire du frotteur 10 et du rail 11 peut être remplacée dans une autre variante de réalisation par une connexion semi-rigide telle qu'un feuillard de cuivre, ce qui supprime un contact par frottement si les stabilités mécanique et électrique sont jugées suffisantes. La réalisation ne présente alors, qu'un seul contact par frottement en série avec l'inductance.

Claims (6)

1. Inductance comportant un conducteur formant une hélice cylindrique, le conducteur étant constitué par un ruban (1 ) imprimé sur la surface cylindrique d'un cylindre isolant (3), caractérisée en ce qu'elle est rendue variable par glissement, le long de l'axe du cylindre isolant d'un curseur (5) comportant au moins une couronne de contacts (6) montée sur une bague conductrice (5) de diamètre légèrement supérieur à celui du cylindre.
2. Inductance selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bague est équipée d'une couronne (6, 7) à chacune de ses extrémités et est de longueur telle qu'elle constitue, avec les couronnes, un court-circuit pour les spires inutilisées du ruban en hélice, quelle que soit la position de la bague.
3. Inductance selon la revendication 2, caractérisée en ce que le ruban en hélice est de largeur variable le long du cylindre, les spires constituant l'inductance réglée près de sa valeur minimale, étant celles de plus grande largeur.
4. Inductance selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le ruban en hélice présente un pas variable le long du cylindre.
5. Inductance selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'entraînement équilibré de la bague curseur comportant deux tiges filetées (12, 13) positinnées parallèlement et symétriquement par rapport à l'axe du cylindre sur lesquelles sont engagés deux écrous (14, 15) solidaires de la bague curseur (5), ces deux tiges, libres en rotation, étant solidaires de deux engrenages (18, 19) montés dans un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre à l'extrémité de celui-ci, ces engrenages étant couplés entre eux par un troisième engrenage intermédiaire, lui-même couplé à un moteur d'asservissement.
6. Emetteur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une inductance selon l'une des revendications précédentes.
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