Brevet FR2585470A1 — publié le 19870130

La présente inveniion est du domaine des moyens de commande d'une force mécanique Dar l'utilisation de moyens électroniques et elle a nlus précisemment Dour objet un moyen électro-magnétique destiné à faire varier avec précision une force mécanique dans une direction déterminée et selon un algorithme en fonction du temps déterminé. On connait la difficulté de contrôler une force d'appui, ou de traction selon un cycle rapide avec de fortes variations d'intensité. Divers moyens peuvent être examinés : le premier venant à ] 'esprit est un ressort, mécanique comprimé, ou extendu, selon la force à obtenir. Son utilisation est limitée du fait de la fatigue du ressort dans le temps qui altère sa fiabilité, et par les inerties et frottements engendrés. De plus à faible force la précision est assez mauvaise. Un second moyen proposé à consisté à comprimer ou détendre un volume d'azote à des pressions différentes en manoeuvrant un piston plongeur. La pression obtenue est transmise à un piston récepteur qui produit la force désirée ; les règles d'utilisation des accumulateurs oléo-pneumatiques à- membrane limitent les variations de pression et par voie de conséauence les variations de force ; de plus des cycles rapides modifient la température du graz et par là provoquent des écarts de valeur. Un troisième moyen qui pourrait être proposé est un système électro-magnétique où l'on neut espérer qu'en faisant varier la tension d'alimenta- tion d'une ventouse magnétique ou fasse varier la force développée par cette dernière ; bien que cela soit possible on doit, en raison de la destination de l'objet de I 'invention, rejeter ce moyen pour deux raisons : la première est motivée par He temps d'etablissement du courant dans la bobine de la ventouse aui n'est pas négrligeah].e et rend ce système inefficace pour des progressions de forces importantes dans un temps très court ; la seconde est motivée par l'effet de rémanence qui présente le même inconvénient dans le sens opposé c'est-à-dire pour des dégressions importantes de force dans un temps très court. La présente invention a pour objet un système électro-magnétique capable de faire varier d'une façon instantanée avec l'aide d'un dispositif générateur de déplacement linéaire la force d'attraction d'une ventouse magnétique alimentée en courant électrique de tension stable et cela sans être tributaire d'un temps de réponse parasite. Selon l'invention un dispositif destiné à engendrer une force d'intensité variable selon un algorithme en fonction du temps déterminé ladite force étant destinée à être appliquée à un élément soumis à contrainte, pour le tester par exemple, est caractérisé dans sa généralité en ce que scnt associés pour agir en combinaison : un générateur de déplacement linéaire, et une ventouse électro-magnétique associée à une contre-plaque ferro-magnétique, l'un des éléments (ventouse et plaque) étant relié au générateur de déplacement linéaire, l'autre élément étant relié à l'élément soumis à contrainte les moyens de relation constituants des moyens intermédiaires ; d'où il résulte que, pour un courant électrique donné parcourant la bobine de la ventouse électro-magnétique, l'entrefer entre la plaque et la ventouse varie sous l'effet du générateur de déplacement linéaire, et que varie instantanément la contrainte ou force appliquée. De préférence le générateur de déplacement linéaire est constitué par une came rotative dont le profil radial et la vitesse de rotation sont déterminés par la courbe force/temps à réaliser. De préférence un système démul.- tiplicateur de type à genouillère peut être intercalé entre le support de contre-plaque ferromagnétique à dépla cer et la came au profil ; et un système de transmission hydraulique peut s'intercaler entre le support de contreplaque ferro-magnétique à déplacer et la came au profil. De préférence encore un générateur de déplacement linéaire de l'entrefer est constitué par un moyen du genre à vis associé à un automate programmable contrôlant la valeur angulaire de la vitesse de rotation de la vis pour obtenir la courbe force/temps à réaliser. De préférence a ventouse électromagnétique est mobile et la contre-plaque ferro-magnétique fixe ; mais aussi la ventouse électro-magnétique peut être fixe et la contre-plaque ferro-magnétique mobile. Lesdits moyens intermédiaires sont tels que l'élément à tester est soumis à compression, le mode de montage de l'élément à tester doit être soumis à une contrainte de compression au lieu dune contrainte de traction, par des moyens pour faire varier la tension aux bornes de la ventouse de façon à déplacer la plage des variations de force dues aux variations d'entrefer. La présente invention utilise la variation linéaire de l'espace, dit entrefer, compris entre une ventouse magnétique et sa contre-plaque ferro-magnétique, pour obtenir la variation de force correspondante à cet entrefer. On peut remarquer que la fourchette de variation de l'entre-fer est relativement faible pour une force allant de zéro à la force au collage. Cette caractéristique permet d'utiliser un système démultiplicateur pour maitriser cette force magnétique. Pour de faibles forces l'attaque directe, pour la variation de l'entrefer, est possible par came de profil si le ressort de retenue de la contreplaque est de force égale ou supérieure à la plus grande force d'attraction à maintenir. Dans la plupart des applications la démultiplication sera nécessaire. Cette démultiplication pourra être réalisée soit par un système à bielles articulées de type à "grenouillère" intercalé entre la came de profil et le support de contre-plaque ; soit par un système hydraulique multiplicateur de force, la came actionnant un piston pilote relié à un piston récepteur lui-même relié au support de contre-plaque ; soit par un système électro-magnétique à vis par exemple doit la rotation serait contrôlée par un automate programmable. Le dessin de la planche unique représente l'invention dans l'une de ses possibilités de commande et dont le fonctionnement est le suivant L'attache 4 du bâti 1 retiend l'élément à tester 6 relié en 5 au support 3 de la ventouse magnétique 2. L'assemblage de 2 sur 3 est rigide. Le support 3 est coulissant sans frottement dans un bâti 1. Le courant éléctrique arrive en 17-sur la ventouse magnétique 2. Face à cette ventouse 2 se trouve l'ensemble contre-plaque 7 peut se déplacer pour faire varier l'entrefer a Ici le ressort 8 sert à rappeler 7 et à 1. imiter la force à produire pour maîtriser la force d'attraction de 2. Ce déplacement de 7 dans ce cas est obtenu par l'intermédiaire d'un système à bras articulés 9, 10 et il dit à genouillère et une tige 16 portant le galet 13. La came 12 a un profil qui fait varier en tournant autour de l'axe 15. Le ressort 14 maintien le contact permanent de 13 sur 12. Chaque valeur de a correspond â une force qui est connue pour chaque ventouse à une tension d'alimentation déterminée. Ce système a été conçu pour la réalisation d'un simultateur de marche humaine destine à l'étude de prothèses articulaires de hanches. Pour reproduire parfaitement les forces d'appui du cotyle sur le fémur pendant la marche de l'homme il est indispensable de suivre des courbes précises résultant de mesures faites sur des êtres humains à l'aide de capteurs de force incor portés à la prothèse et reliés à des moyens enregistreurs, mesures faites à différentes vitesses et poids de corps. Ces courbes de variation de force d'appui sont surprenantes par les valseurs mesurées comparées au poids du corps. Même à vitesse normale de marche elles représentent des variations importantes dans des temps très court, ce qui exclu l'utilisation d'une force électromagnétique dont la variation serait assurée par la modification de tension du courant pour les raisons données plus haut. Le dispositif objet de l'inven- tion peut résoudre ce problème en assurant instantanément, avec une grande précision, la variation de force désirée et ce pouvant laisser l'élément à tester immobile. Il peut être utilisé dans l'industrie, dans le génie civil, dans l'aéronautique pour contrôler des éléments soumis à la fatigue et notamment à des forces variables à fréquences connues. I1 peut être également utilisé dans le secteur médical de la recherche quand la variation rapide et précise de forces doit être simulée. Suivant le mode de montage de l'élément à tester, la force produite par le système objet de l'invention peut être une force de traction ou une force de compression. R E V E N I) I C A T I O N S 1.- Dispositif destiné à engendrer une force d'intensité variable selon un algorithme en fonction du temps déterminé ladite force étant destinée à être appliquée à un élément soumis à contrainte, pour le tester par exemple, caractérisé : en ce que sont associés pour agir en combinaison un générateur de déplacement linéaire, et une ventouse électro-magnétique associée à une contre-plaque ferro-magnétique, l'un des éléments (ventouse et plaque) etant relié au générateur de déplacement linéaire, l'autre élément étant relié à l'élément soumis à contrainte les moyens de relation consti tuants-des moyens intemédiaires, d'où il résulte que, pour un courant électrique donné parcourant la bobine de la ventouse électromagnétique, 1 'entrefer entre la plaque et la ventouse varie sous l'effet du générateur de déplacement linéaire, et que varie instantanément la contrainte ou force appliquée 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de déplacement linéaire est constitué par une came rota tive dont le profil radial et la vitesse de rotation sont déterminés par a courbe force/temps à réaliser 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé :: en ce qu'un système démultipli cateur de type à genouillère peut être intercalé entre le support de contre-plaque ferromagnétique à déplacer et la came au profil 4.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un système de trans mission hydraulique peut-s'intercaler entre le support de contre-plaque ferro-magnétique à déplacer et la came au profil 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de déplacement linéaire de l'entrefer est constitué par un moyen du genre à vis associé à un automate programmable contrôlant la valeur angulaire de la vitesse de rotation de la vis pour obtenir la courbe force/temps à réaliser 6.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ventouse électro-magnétique est mobile et' 1-a contre-plaque ferro-magnétique fixe 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ventouse électro-magnétique est fixe et la contre-plaque ferro-magnétique est mobile 8.- Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens intermédiaires sont tels que l'élément à tester est soumis à compression 9.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mode de montage de l'élément à tester puisse le soumettre à une con trainte de compression au lieu d'une contrainte de traction 10.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par des moyens pour faire varier la tension aux bornes de la ventouse de façon à déplacer la plage des variations de force dues aux variations d'entrefer.