Brevet FR2366614A1 — publié le 19780428

Pour la recherche médicale et l'#tablisseiant de diagnostic, il est fait usage de plateformes nommées stimulateurs, dquipées d'un fauteuil recevant le sujet à examiner, animes d'un mouvement de rotation par rapport un axe vertical et respectant une loi d'accélération angulaire déterminée. Les moteurs, électromagnétiques ou hydrauliques, et les transi missions actuellement utilisées à cet effet, ne permettent pas d'assurer une parfaite continuité de l'accélération angulaire, en raison des discontinuités de couple, notamment à l'inversion de sens de rotation. Afortiori, ces dispositifs ne permettent pas de maintenir à un niveau suffisamment réduit les discontinuités de la dérivée par rapport au temps de l'accélération angulaire. Il est également fait usage de pendules de torsion, qui assurent la condition de continuité d'accélération angulaire, mais qui ne permettent pas de choisir librement les différentes séquences des essais. La présente invention a pour objet un dispositif d'entratneee ment et de guidage d'une plateforme tournante par rapport à un axe vertical, an particulier pour l'utilisation précitée, assurant la continuité de l'accélération angulaire et une limitation des discontinuités de la dérivée par rapport au temps de cette accéléc. ration angulaire, à une valeur maximale qui peut Strie réduite autant qu'il est nétessaire. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporta, interposé entre le moteur et la transmission d'une part, et la plateforme à entraîner d'autre part, un organe transmetteur de couple électromagnétique nommé actuateur. Cet organe est constitué d'une part par un inducteur, d'autre part par un induit portant des conducteurs fixés sur support non Magnétique et coupant le flux d'induction produit par l'inducteur lorsque l'induit tourne par rapport à l'inducteur. Cet organe est caractérisé an outra par la limitation de 11 écart angulaire entre l'inducteur et l'induit, d'où il résulte la possibilité de réaliser les liaisons électriques nécessaires par cSbles souples et supprimer ainsi la transmission d'un couple de frottement. Le dispositif selon l'invention est caractérisé également par l'utilisation d'un asservissement, afin de réaliser la limitation de l'écart angulaire entre l'induit et l'inducteur du transmetteur de couple, quel que soit l'amplitude de rotation de la plateforme. A cette fin, le signal d'erreur issu d'un ce tueur mesurant cet écart angulaire, sans liaison mécanique, agit après amplification et correction appropriée sur l'alimentation du moteur de commande. Le couple transmis dépend essentiellement du courant traversant l'induit du transmetteur de couple. Ce transmetteur de couple étant alimenté par un générateur de courant, le couple dépend également, dans une moindre mesure, de la vi@@sse angulaire relative de l'induit par rapport à l'inducteur en raison, en particulier, de 1 'impossi bilié d'obtenir un courant dans l'induit totalement indépendant de la force électromotrice induite par cette vitesse relative. La vitesse angulaire étant une grandeur exempte de discontinuité, il suffit de commander le générateur de courant par un signal exempt de discontinuité pour assurer la condition de continuité de l'accé- aération angulaire. La limitation des discontinuités de la dérivée de l'accéléra- tion angulaire peut Entre mise en évidence par le calcul suivant Notations : 1 angle polaire de la plateforme Q2 angle polaire de l'arbre d'entrée du transmetteur de couple. moment d'inertie de la plateforme I2 moment d'inertie équivalent, ramené à l'arbre d'entrée du transmetteur de couple, de 11 ensemble du moteur et de la transmission. C1 couple transmis par le transmetteur de couple C2 couple du moteur ramené àl'arbre d'entrée du trans metteur de couple. Si l'on utilise, par exemple, un moteur à courant continu alimenté par un générateur de courant, avec correction dérivée, le couple C2 sera donné par la relation: LC2 k k(l+ap) L(@1-#2) +L# (1) avec k constante réglable homogène à un couple a terme réglable de correction dérivée terme d'erreur pour la mise en évidence des irrégula- rites du moteur et de la transmission. Le transmetteur pourra Stre caractérisé par la relation LC1 =## Lx +bT p L(@2-@1) = I1p2l@1 (2) avec x tension constituant la grandeur de consigne -constante du transmetteur de couple et du générateur de courant alimentant ce transmetteur bT terme d'erreur dû au défaut de réjection, par le générateur de courant, de la farce électromotrice Cette expression montre que l'accélération angulaire obtenue peut être rendue aussi proche qu'il est né@cessaire de la valeur de consigne Cox, par un choix convenable des constantes I2, k, a, b, Vol T, Co,Vo, à condition que la consigne x(t) ne présenta pas de discontinuité. Cette expression montre égalaient, après calcul, que dans l'hypothàse d'une discontinuité A de (t) imputable à un défaut du moteur ou de la transmission, l'accélération #1 reste continue et la dérivée par rapport au temps de cette accélération subit une discontinuité égale à bT, soit une quantité que l'on peut I1I2 rendre aussi petite qu'il est nécessaire en agissant sur l'un ou plusieurs de ses coefficients. L'invention vise également les disposition ci-après : a/ La suspension verticale de la plateforme peut être réalisée par une tige axiale reliant cette plateforme à une broche tournante guidée par paliers par rapport au bSti, cette broche portant l'inducteur du transmetteur de couple dans l'hypothbse ou l'induit est lié à la plateforme, ou portant l'induit cens lthypotise où l'inducteur est lié à la platefarme. Le couple transmis par cette suspension est exempt de discontinuité et peut Entre rendu aussi petit qu'il est nécessaire quelque soit l'amplitude de rotation de la plate forma. b/ L'un au moins des deux guidages radiaux nécessaires pour la plateforme peut Stre constitué par une suspension nommée à lames croisées, reliant l'inducteur à l'induit du transmetteur de couple, l'autre guidage éventuel pouvant être réalisé par un palier appro prié, tel qu'un palier à air ou à huile, cet ensemble réalisant avec une relative simplicité la suppression de toute cause de discontinuité de l'accélération angulaire. L'invention est illustrée par les dessins annexée sur lesquels on a représenté Fig. 1 : un schéma fonctionnel de la commande Fig. 2 : une vue partielle d'un mode de réalisation du transmetteur de couple. Fig. 3 s une vue d'ensemble schématique d'un mode de réalisa- tion de la plateforme et de son dispositif de guidage. En se reportant à la figure 1, pour lesquelles les notations précédentes ont été reprise, on pourra vérifier par calcul ou simulation analogique que la perturbation due aux discontinuités de couple du moteur et de la transmission n'entraîne pas de discon- tinuité de l'accélération angulaire. On pourra également vérifier que la commande transmet tout signal exempt de discontinuité, avec une erreur maximale imposée et d'autres conditions éventuelles,per exemple absence de dEpassement ou d'oscillation, sous réserva d'un choix approprié des différents paramètres intervenant. Sur l'exemple de réalisation du transmetteur de couple repré- santé figure 2, on voit que l'inducteur, contenu dans une poulie t entraînée par le moteur, comporta deux éléments 2 et 3 en matériau Magnétique dont l'un porte la bobine d'induction 4. L'induit est constitué par des conducteurs 5 collés avec une inclinaison de quelques degrés par rapport aux génératrices sur un support 6 non magnétique et, s'il est métallique, non refermé #pour les courants de Foucault moteurs. Un nombre quelconque d'éléments identiques peuvent Stre répartis sur la circonférence. La figure 3 montre l'entratnament par courroie de la broche 7 portant l'inducteur 8 du transmetteur de couple, è partir d'un moteur 9 électrique ou hydraulique, l'induit 10 du transmetteur de couple étant relié à la plateforme 11. Le couplage direct du moteur à la broche pourrait être envisagé, ainsi que la liaison de l'induit du transmetteur de couple à la broche, l'inducteur étant alors relié à la plateforme. On retrouve sur cette figure les organes déjà cités - la tige de suspension 12 - un des deux organes de guidages radiaux de la plateforme, représenté ici par un roulement à billes la, maie qui peut être rélisé par une suspension à lames radiales, en nombra égal ou supérieur àtrois. - l'autre guidage, représenté ici par un roulement à billes 14 mais qui peut Stre réalisé par palier à air ou à huile. Des ~inducteurs reliés à un collecteur à bagues 15 assurent l'alimentation de l'inducteur et de l'induit du transmetteur de couple, ainsi que la transmission des signaux issus du capteur de position angulaire, ainsi que de tous autres capteurs utiles. Ces conducteurs forment des boucles 16 éliminant toute liaison mécanique appréciable. L'organe de guidage radial 13, le transmetteur de couple, et le capteur de mesure de l'écart angulaire entre l'induit et l'inducteur de ce transmetteur, sont situés dans un même plan perpendiculaire à l'axe de la plateforxe, de façon à permettre les défauts d'alignement dus aux déformations élastiques de la structure. REVENDICATIONS 1. Plateforma tournante caractérisée en ce qu'elle comporte, interposé entre le moteur et la transmission d'une part, et la plateforme d'autre part, un organe transmetteur de couple de type actuateur électromagnétique, comportant un inducteur et un induit sur supportasagnitique, fonctionnant en transmetteur de couple proportionnel au courant de commande, sans collecteur, sans contact, à déplacement angulaire relatif limité. 2. Plateforme selon la revendication 1, dans laquelle l'écart angulaire entre l'inducteur et l'induit du transmetteur de couple est limité, quelque soit l'amplitude de rotation de la plateforme, au moyen d'un asservissement agissant sur l'alimentation du moteur de commanda, àpartir d'un signal d'erreur issu d'un capteur mesurant cet écart angulaire. 3. Plateforme selon l'une quelconque des revendications précédentes, suspendue verticalement par une tige à une broche coaxiale, elle~ mtme guidés en rotation par rapport au b#ti et présentant par rapport à la plateforme un écart angulaire limité par un asservisse~ ment, quelle que soit l'amplitude de rotation de la plateforme, le couple de torsion de la tige pouvant ou non être négligeable par rapport au couple total d'entratnament de la plateforme. 4. Plateforme selon la revendication 3, dans laquelle la suspension par tige est complétée par un nombre suffisant delames ou tiges pour assurer, an plus de la liaison axiale, un guidage radial de la plateforme. 5. Dispositif d'entratnement en rotation, de type générateur de couple, caractérisé en ce qu'il comporte, interposé entre le moteur et la transmission éventuelle d'une part, et la machine entraînée d'autre part, un organe transmetteur de couple constitué selon les revendications 1 et 2. 6. Dispositif de guidage an rotation exempt de frottement, dans lequel l'organe tournant est suspendu élastiquement par rapport à une broche ellc-même guidée en rotation par rapport au bâti et sntratnée en rotation par moteur asservi, de tanière à limiter à une valeur aussi petite qu'il est nécessaire l'écart angulaire entre la broche et organe tournant à guider.