Brevet FR2189913A1 — publié le 19740125

tes moteurs pas à pas constituent de plus en plus des dispositifs d'entraînement utiles dans l'industrie. Ces moteurs transforment une imp-.llsion appropriée d'énergie électrique en un pas ou mouvement de rotation àruue distance déterminée par la configuration particulière des pôles du moteur. iTabituellement, les pôles sont uniformémen,s espacés autour du moteur et disposés de manière à être excités en série par les impulsions successives appliquées au moteur. En conséquence, un train d'impulsions appliqué à un moteur pas à pas fait tourner ce dernier d'un nombre de pas proportionnel au nombre d'impulsions du train. Le nombre des impulsions appliquées au moteur est déterminé habituellement par une commande utilisée à cet effet. Des moteurs pas à pas équipés de commandes émettant un certain nombre de trains d'impulsions comptant chacun un nombre déterminé d'impulsions sont partiev-lièremen-t intéressants dans des dispositifs de positionnement pour machines industrielles. Dans de telles applications, la commande comporte habituelle- ment une série d'instructions à répéter qui provoquent des cycles prédéterminés de fonctionnement du dispositif de positionnement. Une commande de ce type est souvent appelée commande numérique. La commande numérique des dispositifs de positionnement est actuellement bien connue en pratique. Les dispositifs de positionnement sont fréquemment utilisés avec des machines-outils dans lesquelles il est souhaitable de déplacer une pièce par rapport à un outil de la machine selon une série dt-,nstruWtions fournies par le dispositif,plut8t que par une opération manuelle. Certaines machines-outils à commande naméraque nécessitent une force considéraèle pour déplacer de grandes pffièces à l'encontre de l'action de l'outil. Les limitations imposées à la dimension des moteurs pas à pas peut nécessiter l'utilisation d'un train d'engrenages important entre le moteur et le dispositif de déplacement de la pièce pour produire cette force.D'une manière inhérente,ces trains d'engrenages pré entent à la fois un jeu ou jeu de recul important et une grande inertie du aux pignons qui engrènent mutuellement et tournent rapidement et à la pièce massive menée. D'une manière analogue, il existe un jeu important et une grande inertie lorsqu'on désire positionner un outil sur un grand rayon. Dans de telles applications dans lesquelles il existe un jeu important et une grande inertie, on a constaté que les moteurs pas à pas d'une dimension et d'un type qui par ailleurs seraient appropriés pour l'opération, ne conviennent pas à cause d'une instabilité inhérente du moteur. Cette instabilité implique une chute du couple de sortie du moteur dans une étroite plage de vitesses d'avance que le moteur doit franchir pour atteindre sa vitesse de fonctionnement. Les moteurs pas à pas du type présentant une telle instabilité produisent pendant un certain nombre de pas par unité de temps, un couple progressivement décroissant avec une vitesse d'avance croissante.Une courbe illustrant le couple caractéristique d'un tel moteur par rapport à sa vitesse d'avance présente une pente négative qui généralement varie lentement mais qui, dans la plage d'instabilité ou de chute du couple, devient rapidement plus négative et brusquement positive avant de reprendre son allure négative à variation progressive après avoir franchi la plage de la chute du couple. Au contraire, la courbe du couple par rapport à la vitesse d'un moteur idéal présente une pente à décroissance progressive entièrement négative dans toute la plage intéressante de fonctionnement du moteur. Lorsqu'on utilise un moteur pas à pas présentant cette instabilité pour entraîner une charge de grande inertie présentant un jeu important, le moteur effectue une avance pas à pas incorrecte dans la région de l'instabilité du couple avant d'atteindre sa vitesse de fonctionnement. Cette avance pas à pas inappropriée est la cause d'une imprécision dans le positionnement de l'appareil. Dans certaines applications, cette avance pas à pas incorrecte peut empêcher d'atteindre les vitesses de fonctionnement au-delà de cette plage d'instabilité. Par conséquent, la présente invention a pour objet d'éviter une avance pas à pas incorrecte d'un moteur pas à pas dans la région d'instabilité du couple. Dans ce but, un dispositif à inertie est accouplé d'une manière souple entre un moteur pas à pas et une charge pour permettre au moteur de franchir convenablement une région d'instabilité du couple inhérente au moteur. te dispositif à inertie comporte une masse de forme appropriée qui est montée pour tourner avec un arbre reliant le moteur pas à pas à la charge. L'accouplement souple du dispositif avec l'arbre introduit un jeu important entre une partie au moins du dispositif et l'arbre. Bien qu'une seule application du dispositif à inertie soit décrite dans le présent mémoire, il est évident que l'invention est susceptible d'autres applications. Par exemple, le dispositif à inertie peut etre utilisé sur des arbres rotatifs entraînés par des dispositifs autres que des moteurs pas à pas. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est une vue avec coupe partielle du dispositif à inertie entre un moteur pas à pas et une charge reliée à ce dernier la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 la figure 3 représente une autre forme de réalisation d'une partie du dispositif à inertie représenté sur la figure 2 ; et la figure 4 est une courbe caractéristique du couple d'un moteur pas à pas en fonction de la vitesse de rotation de ce moteur,montrant une région particulière d'instabilité du couple. La figure 1 représente un dispositif à inertie 10 relié à un arbre continu rotatif 12 qui relie une charge 14 à un moteur pas à pas 16. te dispositif 10 comporte un disque de montage 18 fixé à l'arbre 12 et un disque massif 20 fixé d'une manière souple au disque de montage 18 par des goujons 22 pénétrant dans des alésages surdimensionnés 24 du disque de montage 18. te dispositif à inertie utilise la masse du disque 20 introduite d'une manière souple entre le moteur pas à pas 16 et la charge 14 pour compenser l'instabilité du couple qui est inhérente au moteur 16. Pour fixer le disque massif 20 au disque de montage 18, les extrémités des goujons 22 traversant le disque de montage sont filetées pour être vissées chacune dans un écrou 26 dont la rotation est empêchée par une rondelle de blocage 28. Etant donné que le disque massif 20 peut se déplacer par rapport au disque de montage 18, des éléments de portée 30 sont disposés entre le disque de montage 18 et les écrous 26 fixant les goujons 22 au disque 18 et entre le disque massif 20 et le disque de montage 18. La rondelle 28 est destinée en outre à exercer une pression appropriée sur les éléments de portée 30. te disque massif 20 se déplace aussi par rapport à l'arbre 12 sur un palier 32 qui constitue un support radial par rapport à l'arbre 12 afin d'empêcher des oscillations radiales du disque massif 20. te disque de montage a le même diamètre que le disque massif 20,mais est moins dpais,de sorte que sa masse est beaucoup plus petite que celle du disque 20. te disque de montage 18 est assujetti à l'arbre 12 par un collier fendu 34 qui est serré autour de l'arbre par un collier de compression fendu 36 (figure 2) serré par un boulon 38. La figure 2 montre également les extrémités sectionnées des goujons 22 qui font saillie dans les alésages surdimensionnés 24 du disque de montage 18. ta liaison rigide entre le disque de montage et l'arbre 12 contraint l'arbre à entraîner le disque de montage dans le sens indiqué par la flèche 42. te disque massif 20 est ensuite entraîné par le contact entre les goujons 22 faisant saillie à partir du disque massif et les surfaces des alésages 24 du disque de montage. En conséquence, les surfaces arrière des goujons et les côtés des alésages par rapport au sens de rotation du disque sont en contact d'entralnement. Si la vitesse de rotation de l'arbre 12 et du disque de montage 18 qui lui est solidaire diminue, le disque massif 20 tourne sur les surfaces de pot 30 et 32 per rapport au disque de montage eus l'effet de sol inertie et parcourt un arc correspon dant à lm angle 4! dtsr.i'. par les diamètres relatifs des gov jons 22 et des alésages 24 Cette rotation sunplerlentaire cDrres- pond à un jeu du disque massif par rapport au disque de montage, à l'arbre, au moteur et à la charge qui sont solidaires et peut Qtre mesurée en degrés de rotation correspondant à l'angle de jeu 44. On a obtenu un bon fonctionnement selon l'invention avec des angles de jeu compris entre 0,5 et 240,mais ltinven- tion n'est pas limitée à cette plage particulière d'angles de jeu. La figure 3 représente une variante d'une partie du disque de montage 18 présentant un des alésages 24 dans lequel un goujon 22 fait saillie. Dans cette variante, l'alésage 24 est chemisé d'une couche de matière élastique 46. La matière 46 amortit le choc entre la surface de l'alésage 24 et le goujon 22 pour éviter un claquement du goujon 22 et permettre au dispositif à inertie de fonctionner silencieusement. On va se référer maintenant à la figure 4 qui représente une courbe caractéristique du couple en fonction de la vitesse de rotation d'un moteur pas à pas, dans laquelle une région d'instabilité du couple,désignée d'une façon générale par 50,est indiquée en particulier par la chute du couple dans la région dtinstabilité. Il convient de noter qu'une projection de la courbe caractéristique à partir de l'un ou l'autre côté de la région d'instabilité coupe approximativement la courbe de l'autre côté de la région. Pour cette raison, en particulier lorsque la région est étroite, de nombreux graphiques de courbes du couple de moteurs n'indiquent pas les régions d'instabilité. L'instabilité est identifiée par la variation de la pente de la courbe qui est définie comme étant la variation différentielle du couple divisée par la variation différentielle de la vitesse de rotation. Pour un moteur électrique idéal comprenant des moteurs pas à pas, la pente de la courbe du couple en fonction de la vitesse est négative dans son ensemble. Pour un moteur pas à pas présentant des instabilités dans sa courbe du couple en fonction de la vitesse, la pente est négative dans toutes les plages de vitesses ne présentant pas d'instabilité, comme indiqué par exemple par la tangente 52 qui présente une pente S négative ou inférieure à zéro.Toutefois, dans une partie de la région d'instabilité dans laquelle le couple augmente et tend vers sa valeur projetée pour une vitesse immédiatement supérieure à l'instabilité du couple, la courbe du couple en fonction de la vitesse présente une pente S positive ou supérieure à zéro, comme l'indique par exemple une tangente 54 de cette partie de la courbe. La pente positive indique une instabilité du couple de la courbe caractéristique du couple en fonction de la vitesse d'un moteur pas à pas. Ces plages d'instabilité du couple apparaissent fréquemment à des accroissements harmoniques ou autres accroissements périodiques dans toute la plage des vitesses auxquelles un moteur pas à pas fonctionne, mais heureusement, seule une instabilité de couple doit être franchie pendant l'accélération du moteur pas à pas à la vitesse de rotation à laquelle il fonctionne habituellement, par exemple comme indiqué en 56. En outre, les plus faibles valeurs du couple aux vitesses supérieures de rotation permettent une variation absolue moindre du couple aux vitesses plus élevées. En tout cas, seule une région d'instabilité du couple est importante d'une façon générale lorsqu'on accélère un moteur pas à pas à sa vitesse de fonctionnement. Lorsqu'une charge de faible inertie présentant un petit jeu est entraSnée par un moteur pas à pas, la région d'instabilité du couple du moteur ne présente pas de difficulté. te moteur franchit aisément la région pendant son accélération pour atteindre sa vitesse de fonctionnement. Toutefois, lorsque le moteur doit entraîneur une charge de grande inertie présentant un jeu important, il franchit incorrectement la région d'instabilité du couple ou ne parvient pas à la franchir. L'avance pas à pas incorrecte peut apparaître sous la forme de pas omis ou ajoutés, ce qui se traduit, lorsque le moteur est utilisé dans un appareil de positionnement, par une mise en position incorrecte du dispositif. L'utilisation du dispositif à inertie permet de franchir convenablement la région d'instabilité du couple. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit sans sortir du cadre de l'invention. RZVENICATIONS 1. Dispositif à inertie, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre rotatif (12), un disque massif (20) et un organe (18) reliant le disque (20) d'une manière souple à l'arbre (12). 2. Dispositif à Inertie, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre rotatif (12), un disque de montage (18) assujetti à l'arbre (12), un disque massif (20) et des éléments (22, 24) reliant d'une manière souple le disque massif (20) au disque de montage (18). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments d'accouplement souple (22, 24) comprennent un goujon (22) faisant saillie à partir du disque massif (20) à travers un alésage surdimensionné (24) du disque de montage (18). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments d'accouplement souple (22, 24) présentent un angle de jeu compris entre 0,5 et 240, 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'alésage (24) est chemisé d'une matière élastique (46). 6. Dispositif pour compenser les instabilités du couple d'un moteur pas à pas, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre (12) entraîné par le moteur (16), un disque massif (20) et un organe (18) accouplant le disque (20) d'une manière souple à l'arbre (12). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments d'accouplement souple comprennent un disque de montage (18) assujetti à l'arbre (12) et présentant un alésage (24), et un goujon (22) faisant saillie à partir du disque massif (20) dans l'alésage (24), ce dernier étant surdimensionné par rapport au goujon (22).