Brevet FR2001899A1 — publié le 19691003

è9 03609 2001899 La présente invention est relative à des servomécanismes comprenant des moteurs électriques pas à pas, c'est-à-dire des moteurs du type comportant une série de bobinages fixes qui sont alimentés successivement, pour faire tourner un rotor aimanté suivant 5 une succession de pas angulaires. Un servomécanisme selon l'invention comprend en combinaison un dispositif à actionnement par énergie ayant un organe de sortie mobile, un dispositif de commande de puissance commandant l'alimentation en puissance du dispositif à actionnement par énergie et 10 comportant un élément de commande mobile qui peut se déplacer sur une plage limitée et un dispositif de réaction interconnectant de façon active l'élément de sortie et l'élément de commande destiné à la réaction, le dispositif de réaction comprenant une première partie coopérant avec l'organe de sortie, une seconde partie coopé-15 rant avec l'élément de commande, un premier moyen de couplage couplant de façon active l'organe de sortie à la première partie, un second moyen de couplage couplant de façon active l'élément de commande à la seconde partie, un moteur électrique pas à pas-raccordé à l'une des parties, et lorsqu'il est mis sous tension, déplaçant 20 la première et la seconde parties l'une par rapport à l'autre, l'un des moyens de couplage permettant le déplacement entre la partie associée et l'organe associé lorsque l'élément de commande se trouve à une extrémité de sa plage limitée de déplacement, de sorte que celle des parties qui est entraînée par le moteur peut conti-25 nuer à l'être lorsque l'élément de commande est à ladite extrémité de sa plage de déplacement et que l'autre partie se déplace à une vitesse déterminée par la vitesse de déplacement de l'organe de sortie, vitesse qui est inférieure à. la vitesse de déplacement de la partie entraînée par le moteur. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- v tront au cours de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 est une coupe d'un exemple d'un servomécanisme électro-pneumatique selon l'invention; 35 - la Fig. 2 est une coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la Fig. I ; - la Fig. 3 es"t 1111 sclié-ma électriqtie du dispositif de commande destiné au servomécanisme; - la Fig. h est une coupe d'un autre exemple d'un servontéca-ho nisme électro-pneumatique selon l'invention; bad oftlôtm 69 03609 2. 2001899 - lâ Fig. 5 est une vue partielle agrandie d'une partie du mécanisme représenté à la Fig. 4. En se référant d'abord aux Fig» 1 et 2, le servomécanisme comprend un élément de cylindre et de piston pneumatique 10 dans 5 lequel le piston 11 constitue l'organe de sortie du servomécanisme. Une commande de positionnement de l'élément 10 est montée sur le cylindre et comporte un régulateur pneumatique qui alimente en air une extrémité du cylindre, dans le cas présent l'extrémité supérieure, de façon constante et à une pression inférieure à la pres-10 sion principale d'alimentation. L'alimentation en air effectuée par le dessous du piston est commandée par une soupape-pilote 12, comme représenté à la Fig. 2 qui constitue un dispositif de commande d'alimentation commandant le déplacement du piston 11. Cette soupape 12 comprend deux oi-ifi— 15 ces 13, 14, disposés de façon opposée et reliés respectivement à la pression d'alimentation principale et à 1'atmosphère. Un élément de commande mobile sous la forme d'une bille 15 est soumis à la pression légère d'un ressort pour fermer l'orifice ib au moyen d'une pointe 16 en saillie sur la bille 15» La soupape—pilote com— 20 porte un autre orifice (non représenté) qui communique avec le cylindre IO au-dessous du piston 11. La pression au niveau de ce nouvel orifice est déterminée par la position instantanée de la bille 15• Si cette bille est à une position moyenne, la pression dans l'extrémité inférieure du cylindre compense exactement la for— 25 ce dirigée vers le bas qui est appliquée au piston par la pression de cliarge constante, de sorte que le piston est immobile. Le déplacement de la bille 15 sous l'action de son ressort pour fermer l'orifice lh provoque l'application de la pression principale complète au piston 11, ce qui entraîne son déplacement vers le haut, et 30 le déplacement de la bille vers l'orifice -1 3 libère l'extrémité inférieure du cylindre en vue du déplacement vers le bas du piston. Pour assurer une réaction entre le piston 11 et la bille 15, il est fourni un ensemble moteur pas à pas qui -comprend deux moteurs pas à pas interconnëc-tés 1? situés dans un boîtier -18 en for-35 de cuvette-, Les moteurs YJ- sont eoaxiaux et leurs arbres sont raccordés'l'un à l'autre par mi manchon d'accouplement 1$, Le boîtier 18 est fixé directement au piston t l au moyen, cl'un: premier moyen de couplage constitué pnr une broche filetée 19 > située sur la tige 20 du piston et qui coopère avec un alésage taraudé percé 46 tes le boîtier 18. Le boîtier' 18- maintient également un tube 21 * bad original 69 03609 2001899 contre le piston, tube qui coulisse dans une bague d'étanchéité 22 située dans l'extrémité du cylindre<> Le boîtier 18 de l'ensemble moteur est contenu pratiquement entièrement dans le tube 21. L'ensemble moteur entraîne une vis 23 sur laquelle est en 5 prise une pièce de commande ayant la forme d'un écrou,24. L'écrou 24 est couplé à la bille 15 au moyen d'un second moyen de couplage constitué par un manchon 25 qui est monté en vue d'un déplacement rectiligne et qui peut venir en butée contre la pointe 16, et un ressort faible 26 agissant entre l'écrou 24 et le manchon 25 pour 10 repousser celui-ci vers le haut, comme on peut le voir à la Fig. 1, et l'écrou 24 vers le bas. Le ressort 26 est précontraint de façon à nécessiter, pour le comprimer davantage, une force plus grande que celle requise pour surmonter l'action élastique de la bille 15-Ainsi, le second moyen de couplage transmet à la bille tout mouve-15 ment vertical de l'écrou 24 jusqu'à ce que la bille ferme l'orifice 13« Un nouveau déplacement de l'écrou 24 est alors permis par la compression du ressort 2o. Lors du déplacement vers le bas de l'écrou 24, l'élément 25 se dégage de la pointe 16. Le montage est donc tel qu'en fonctionnement, lorsque les mo-20 teurs 17 entraînent. 1'écrou 24 vers le haut, la bille 15 obture l'orifice 13 de sorte que l'extrémité inférieure du cylindre 10 est libérée, ce qui provoque le déplacement vers le bas du piston 11. La combinaison des moteurs 17» de la vis 23 et de l'écrou 24 est donc abaissée jusqu'à ce que l'écrou revienne en prise avec 25 1'epaulement de l'élément 25 vers lequel il est sollicité par le ressort 26. Ensuite la continuation du déplacement vers le bas de l'écrou 24 est accompagnée par le déplacement de la bille 15 jusqu'à ce que le piston 11 soit amené au repos à une nouvelle position qui correspond à la nouvelle position de repos de l'écrou 24. 30 Le circuit électrique représenté à la Fig. J commande l'ali- „ mentation en impulsions des moteurs 17» Comme représenté, chaque mQteur 17 comporte quatre bobinages 27, 28, 29 et 3®. Les bobinages 27 et 29 sont connectés de sorte que, lorsqu'ils sont alimentés, ils constituent des pôles sud agissant sur le rotor aimanté 35 et les bobinages 28 et 30 sont connectés de manière à constituer des pôles nord. Pour provoquer une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, les bobinages doivent être alimentés suivant la succession suivante : 27 et 29, 27 et 30» 28 et 30,.28 et 29» 27 et 29, etc. Pour provoquer une rotation dans le seps inverse de 40 celui des aiguilles d'unie _montre, lés bobinages doivent être ali 69 03609 4. 2001899 mentes selon la succession suivante : 27 et 29, 28 et 29» 28 et 30, 27 et 30» 27 et 29, etc. Le rotor du moteur comporte douze paires de pôles et les deux jeux de bobinages sont décalés de 90° de sorte qu'ion pas unique fait tourner le rotor de 7e"°. Le rotor 5 est maintenu mariné tiquement à chaque position nouvelle en entretenant l'alimentation des deux derniers bobinages alimentés jusqu'à ce que l'impulsion suivante soit appliquée pour faire avancer le rotor d'un pas. Les points communs des bobinages 27 et 28 et des bobinages 29 10 et 30 sont connectés l'un à l'autre ainsi qu'à une ligne 31 maintenue à un potentiel positif. Les autres extrémités des deux bobinages 27 sont reliées à la masse par l'intermédiaire du circuit émetteur—collecteur d'un transistor NPN, . Les bobinages 28, 29 et 30 sont associés de la même manière à des transistors NPN, T^, 15 T„ et T, respectivement. 3 4 Les transistors à sont commandés respectivement par quatre transistors à Tg montés suivant deux circuits bistables connectés en croix. Les transistors T^ et Tg, dont les émetteurs sont connectés aux bases des transistors T^ et T^ respectivement, 2.0 en même temps que des résistances et R^ connectent leurs collecteurs respectifs à la ligne 31 et que des résistances de réaction R^ et R^ connectent en croix leurs bases et leurs collecteurs, forment un circuit bistable. L'autre circuit bistable est constitué par les transistors T_ et TQ et des résistajices R^ à R0. Les / - o 50 25 entrées des circuits bistables sont oonstituées par des diodes à Dg, les cathodes des diodes impaires étant connectées par l'intermédiaire de condensateurs , C^, et à une ligne 32 et les diodes paires ayant leurs cathodes connectées par l'intermédiaire de condensateurs , Cg, C^ et Cg à une ligne 33- Les ano- 30 des des diodes D1, D_ sont connectées à la base du transistor T„ • ^ ■ 'y et les diodes D„ et D, , D. et D/, D_ et D„ sont connectées de même j 4 5 / o aux transistors Tg, T^, Tg respectivement. Les connexions en croix entre les deux circuits bistables sont réalisées par huit résistances R,. à R-,-. La résistance R„ 9 ' ° 9 35 connecte le collecteur du transistor à la cathode de la diode !>., et les résistances R... à R,,- interconnectent de même le trans— I \ G 1 C> istor Trv et la diode U_, le transistor Ta et la diode D, , le trans— O tL O Ji .istor T_ et la diode D. , le transistor T> et la diode D,., le trans-7 4 O 5 istor T„ et la diode D,-, le transistor T„ et la diode D_ et le 5 b 5 7 40 transistor Tg et la diode Dg. Le Circuit est tel que l'un des 69 03609 5. 2001899 transistors à Tg qui est conducteur ne devient non conducteur que lorsqu'une impulsion est appliquée à l'une des lignes 32, 33» si l'une des diodes associées qui est connectée à la ligne 32 ou 33 à laquelle l'impulsion est appliquée est polarisée, par suite 5 des connexions en croix entre les deux circuits bistables, de manière à être rendue conductrice. Ainsi, par exemple, il existe un état pour lequel les transistors T^ et T^ sont conducteurs; la diode D.j est alors conductrice du fait qu'elle est en série avec les résistances R. et Rn. D'autre part, la diode De n'est pas con- '* y O 10 ductrice du fait que les deux extrémités de son circuit série (c'est-à-dire celui passant par les résistances et E^) sont toutes les deux au même potentiel. Par conséquent, lorsqu'une impulsion est reçue au niveau de la ligne 32, le condensateur peut se charger négativement à travers la diode D^, ce qui commute le 15 transistor T,- à l'état bloqué. Toutefois, le condensateur C„ ne 5 j peut pas se charger, de sorte que l'état du transistor T^ reste inchangé. XI existe ainsi un passage d'un état dans lequel les bobinages 27 et 29 sont alimentés à un état dans lequel les bobinages 28 et 29 sont alimentés, ce qui produit un pas dans le sens 20 des aiguilles d'une montre. De même, une impulsion présente sur la ligne 33 produit un pas dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre. Les deux lignes à impulsions 32 et 33 peuvent recevoir des impulsions d'une source convenable quelconque, étant bien entendu 25 que le nombre d'impulsions reçues détermine l'angle de rotation du rotor et que le choix de la ligne à impulsion détermine le sens de rotation. La nécessité d'un couple relativement élevé à une fréquence supérieure à celle normalement utilisée pour les moteurs pas à pas 30 a conduit également à l'utilisation de deux moteurs. Un moteur qui ^peut produire la moitié du couple requis à la fréquence relative-rnfnt haute appropriée ne peut être agencée de manière à produire le couple requis à cette fréquence. La, dimension accrue des composants électromagnétiques introduit des périodes' plus longues d'éta-35 blissement du flux de sorte que le flux requis ne peut pas s'établir pendant l'impulsion relativement courte» On a découvert que l'emploi de petits moteurs séptircs, raccordés mécaniquement l'un à l'autre pour entraîner un arbre commun et connectés l'un à l'autre en parallèle permettent d'obtenir la caractéristique couple/fré-40 queneo requises. - • ; 69 03609 2001899 L'exemple décrit do l'invention peut subir un grand nombre de modifications. ZI est possible par exemple d'appliquer l'asservissement au couplage entre le moteur et le piston au lieu de l'appliquer entre l'écrou et la bille de la soupape. En particulier, 5 le boîtier 18 du moteur peut coulisser de façon étanche dans le tube 22, son déplacement vers le haut étant limité par une butée ou un épaulement situé convenablement sur ce dernier. Le boîtier 18 est sollicité vers le haut par l'introduction d'air comprimé à partir de l'extrémité supérieure du cylindre 10. 10 En se référant maintenant aux Fig. h et 5» la variante de construction représentée comprend un élément de piston et de cylindre 100 qui, comme dans l'exemple représenté aux Fig. 1 et 2, comporte un régulateur 102 de sorte qu'une pression constante inférieure à la pression principale d'alimentation est appliquée à 15 l'extrémité supérieure du cylindre au-dessus du piston. Une soupape-pilote 103 identique à celle représentée à la Fig. 2 commande l'alimentation en air par le dessous du piston. Le moteur électrique pas à pas 104 est groupé avec ses circuits de commande, et monté sur le boîtier du servomécanisme. L'ar-20 bre moteur est raccordé par l'intermédiaire d'un couplage élastique 105 à un arbre 106 de section non circulaire. Cet arbre 106, dont la section est avantageusement rectangulaire, s'étend dans un élément de vis creux 107 par rapport auquel il peut coulisser a-xialement. La vis 107, toutefois, ne peut pas tourner par rapport 25 à l'arbre 106. La vis 107 est vissée dans un corps 108 qui est fixé de façon réglable au piston de l'élément 100 au moyen d'un élément de couplage 109* La vis 107 et le corps 108 forment en combinaison un raccordement de réaction entre le piston et la soupape 103 et il 30 est fourni des moyens pour coupler de façon active la vis 107 à. la soupape 103. A cet effet, un anneau de butée 110 est monté sur la vis 107» Un ressort T11 entourant le corps 108 est comprimé entre le piston et un élément annulaire 112 qui peut coulisser sur la vis Î07t l'élément 112 étant repoussé par.le ressort vers l'anneau 35 de butée 110. Un ressort à.-lanie 113 est monté sur le boîtier du servomécanisme et son extrémité libre est incurvée et peut venir en prise avec l'élément annulaire 112. Le ressort 113 sert à manoeuvrer la. soupape 103». . : . En fonctionnement, lorsque le mécanisme est en équilibre, la hO position de la .soup-ape 103 est telle que la pression exercée sur le 69 03609 "7. 2001899 dessous du piston équilibre la pression constante exercée sur le côté supérieur. Lorsque le moteur 104 est entraîné dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, il en résulte un déplacement vers le haut de la vis 107 en regardant les dessins, ce 5 qui a pour effet que le fonctionnement de la soupape 103 ouvre l'extrémité inférieure du cylindre qui se vide. Le piston se déplace par conséquent vers le bas en entraînant le corps 108 avec lui. Si le piston ne se déplace pas vers le bas aussi rapidement que la vis 107 est entraînée vers le haut par le moteur 104, de sorte que 10 la soupape 103 est repoussée vers le haut jusqu'à venir en contact avec son siège supérieur, le déplacement de l'élément 112 est interrompu. Toutefois, la vis peut continuer son déplacement vers le haut jusqu'à ce que sa nouvelle position soit atteinte. Le ressort 111 fournit une force suffisante pour maintenir la soupape 103 15 fermée. Après interruption du déplacement de la vis vers le haut, le piston continue à se déplacer vers le bas jusqu'à ce que l'anneau de butée 110 atteigne l'élément annulaire 112. L'élément annulaire 112 est ensuite déplacé vers le bas de façon suffisante pour ramener le piston à l'équilibre. 20 Lors d'une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre de l'arbre du moteur, la vis se déplace vers le bas, ce qui déplace l'élément 112 et le dégage du ressort 113 de sorte que la soupape 103 admet du fluide à haute pression en dessus du piston. Le piston est ainsi déplacé vers le haut jusqu'à ce que l'équilibre 25 soit rétabli. Le corps 108 comporte un manchon d'arrêt 114 qui lui est fixé de façon réglable. Ce manchon 11k limite le déplacement de l'élément 112 vers le piston. Si l'on essaye d'entraîner la vis vers le bas au-delà de la position déterminée par le manchon 114» le mo-30 teur cale. " L'invention peut être appliquée également à des - servomécanis— .mes électro-hydrauliques et purement électriques, lïans le dernier cas, le dispositif de commande d'alimentation en puissance doit ê-tre un .commutateur commandant l'intensité appliquée à un moteur 35 afin de déplacer l'élément dè sortie du servomécanisme.- On notera que les moyens de couplage situés entre l'élément de sortie et le boîtier du moteur et entre lrécrou- et le dispositif de commande d'alimentation ne -spnt pas nécessairement des couplages directs de rapport î/l. En particulier, le couplage entre 40 la partie de sortie et le moteur peut être caractérisé, c'est-â- or/g/m 69 03609 2001899 dire que le taux de réaiction mécanique peut varier dans la plage de déplacement de l'élément de sortie. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, qui n1.ont été donnés qu'à 5 titre d'exemples. Ainsi, le piston, le moteur, l'asservisse ment et la soupape représentés no sont pas disposés nécessairement dans un ensemble unique mais peuvent être agencés différemment, par exemple le moteur, 1'asservissement et la soupape peuvent être séparés du piston et du cylindre. ofilgfnal 69 03609 9- 2001899 - REVENDICATIONS. - 1 - Sex-vomécanisme caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un dispositif à actionnement par énergie ayant un élément de sortie mobile, un dispositif de commande de puissance coiaman- 5 dant l'alimentation en puissance du dispositif à actionnement par énergie et comportant un élément de commande mobile pouvant se déplacer dans une plage limitée et un dispositif de réaction interconnectant de façon active l'élément de soi^tie et l'élément de commande destinés à la réaction, le moyen de réaction comprenant une 10 première partie coopérant avec l'élément de sortie, une seconde partie coopérant avec l'élément de commande, un premier moyen de couplage couplant de façon active l'élément de sortie à la première partie, un second moyen de couplage couplant de façon active l'élément de commande à la seconde partie, un moteur électrique 15 pas à pas connecté à l'une des parties et lorsqu'il est alimenté, déplaçant la première partie et la seconde partie l'une par l'apport à l'autre, l'un des moyens de couplage permettant le déplacement entre la partie associée et 1!élément associé lorsque l'élément de commande se trouve à une extrémité de sa plage limitée de 20 déplacement, de sorte que celle des parties qui est entraînée par le moteur peut continuer à être entraînée lorsque l'élément de commande se trouve à ladite extrémité de sa plage limitée de déplacement et l'autre partie se déplace à une vitesse déterminée par la vitesse de déplacement de l'élément de sortie, vitesse qui est in-25 férieure à la vitesse de déplacement de la partie qui est entraînée par le moteur. 2 - Servomécanisme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur est fixé à l'élément de sortie. 3 - Servomécanisme suivant la revendication 1, caractérisé en 30 ce que la première partie du moyen de réaction comprend une vis 1 entraînée par le moteur et la seconde partie comprend un écrou en prise avec la vis, le second moyen de couplage comprenant un élément de manchon qui peut coulisser axialement sur l'écrou et qui coopère avec l'élément de commande, et un moyen élastique agissant 35 entre l'écrou et le manchon pour amener l'écrou à une position prédéterminée dans le manchon» 4 - Servomécanisme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur est monté sur un boîtier du servomécanisme et connecté à l'une desdites pax-ties par un arbre de section non cir- 40 culaire et non rotatif çiais .en prise de façon coulissante avec bad omein, 69 03609 10. 2001899 cette partie. 5 - Servomécanisme suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la première j^artie du moyen de réaction compx-end un corps fixé à l'élément de sortie et la seconde partie comprend une vis 5 avec laquelle l'arbre non circulaire est en prise et qui est vissée dans la première partie. 6 - Servomécanisme suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le second moyen de couplage comprend un élément annulaire pouvant coulisser sur la vis et tua ressort repoussant l'élément 10 annulaire en butée sur la vis, l'élément annulaire coopérant avec l'élément de commande. 7 - Servomécanisme suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il existe une butée sur le corps, destinée à limiter le déplacement de l'élément annulaire. 15 8 - Servomécanisme suivant l'une des revendications précéden tes, caractérisé en ce qu'il existe deux moteurs électriques pas à pas dont les arbres sont couplés l'un à 1'autre. 9 - Servomécanisme suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif à actionnement par éner- 20 ;;ie est un élément de cylindre et de piston manoeuvré par la pression d'un fluide, le dispositif de commande de puissance étant une soupape. • 10 - Servomécanisme suivant la revendication 9» caractérisé en ce qu'il est fourni un régulateur pour régler la pression appli- 25 quée à un côté du piston de l'ensemble de piston et de cylindre, la soupape commandant la pression appliquée au côté opposé du piston . ■ " - 11 - Servomécanisme suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'organe de "commande de la soupape" commande. 1 * écoulement 30 du flxiide vers le cylindre à partir d'une alimentation en fluide sous pression et à partir du cylindre vers 1'échappement. bad original