Brevet FR2638273A1 — publié le 19900427

ASSE'!BLAGE Dv MODULES ACTIONNE;!RS LINAIRES PLATS La présente invention concerne le domaine des appareils de musique électronique à clavier et la réalisation d'un assembage d'actionneurs modulaires plats. Dans les appareils de musique électronique, on a fait de très nombreux progrès quant la partie électronique proprenent dite et, du point de vue musical, nn appareil donné peut remplir de très nombreuses fonctions grâce aux divers programmes que l'on peut introduire dans un processeur de commande. Toutefois, la partie mécanique des appareils électroniques clavier reste encore assez primitive.Elle manque de souplesse à de nombreux égards - d'une part, il n'est généralement pas possible de remplacer en un emplacement choisi du clavier un type de touche par un autre (par exenple une touche de piano par un joy stick (manche de commande), une touche blanche par une touche noire, etc.) ; - d'autre part, l'ensemble des touches constituant le clavier est fixé à l'avance et il n'est pas possible pour l'utilisateur d'augmenter le nombre de touches sans acheter un nouveau clavier complet. Ainsi, un premier objet de la présente invention est de prévoir un clavier d'appareil de musique électronique présentant plus de souplesse de fabrication et d'utilisation que les claviers de l'art antérieur. Pour cela, la présente invention propose un clavier modulaire. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel appareil dans lequel les touches soient rétroactives, c'est-à-dire opposent aux actions de l'utilisateur une réaction de nature choisie selon le type de fonction que l'on souhaite confé- rer à la touche. Pour obtenir cette rétroactivité, conne cela est connu, il convient d'associer 9 chaque module de touche un élément moteur. L'un des préjuges que l'invention a dû vaincre réside dans le fait que la réalisation d'un élément moteur de puissance appropriée et suffisamment plat pour tenir dans l'espace alloué par exemple à une touche de piano, semblait un obstacle insurmontable techniquement et/ou économiquement. En effef, si l'on considère une octave de piano classique (12 touches), elle occupe une largeur de 165 millimètres, c'est-à-dire que la mécanique associée à chaque touche a une largeur qui ne doit excéder 13,75 millimètres. Pour réaliser un systeme parfa-tenent modulaire, il est souhaitable que chaque élément moteur ne dépasse pas cette largeur. Sinon, on serait obligé de décaler les éléments moteurs les uns par rapport aux autres ce qui entrainerait que le système ne serait plus parfaitement modulaire. Ainsi, un autre objet de la présente invention a été de prévoir un moteur linéaire plat particulier pouvant être assemblé de façon modulaire avec d'autres moteurs. Ce moteur, ou actionneur modulaire selon la présente invention peut bien entendu trouver d'autres applications que celles d'un clavier d'instrument de musique, et pourra par exemple être utilisé dans le domaine de la robotique. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un clavier rétroactif modulaire muni de touches permettant de renvoyer à l'utilisateur une sensation caractéristique de ladite touche, dans lequel chaque touche est un élément d'un module parallélépipédique plat autonone comprenant un moteur, un capteur de position et des noyens de connexion électri- que, chaque module comprend des moyens pour le fixer au module adjacent, les touches sont reliées 9 une unité centrale de traitement pour leur conférer la réponse souhaitée par action sur le moteur et pour traiter les signaux du capteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque module comprend un plateau ou bras mobile identique pour toutes les touches, ce plateau comprenant des moyens pour y fixer de façon interchangeable des parements ayant l'aspect, la forme et la dimension désirés d'un instrument considéré, original ou de type classique. Selon son autre aspect, la présente invention prévoit un assemblage de modules actionneurs linéaires plats. Chaque module comprend : une bobine mobile plate montée sur des glissières lui permettant de coulisser dans son plan dans une direction deterni- née, des moyens d'alimentation en courant de la bobine, de chaque caté de cette bobine et sensiblement parallèlement à celle-ci un moyen plat d'application d'un champ magnétique dans une direction orthogonale au plan de la bobine, ce champ étant dans un premier sens dans une première moitié de la surface occupée par la bobine au repos et du sens opposé dans la deuxiZme moitie, et des moyens d'espacement pour maintenir un écart constant entre les moyens d'application de chanp magnétique.Dans cet assemblage, un seul moyen d'application de champ magnétique est présent entre deux bo- bines, et des moyens de fermeture encadrent les moyens d'application de champ magnétique extrêmes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens d'application de champ magnétique sont des aimants permanents en forme de plaquettes orientés de façon opposée dans chaque demi surface. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens d'application de champ magnétique sont des bobines plates orientées de façon opposée dans chaque demi surface. Selon un mode de réaltsation de la présente invention, cet assemblage comprend des châssis support identiques munis de moyens d'espacement par rapport aux chassies voisins, chaque cbâs- sis comportant des moyens de fixation pour porter : un moyen d'application de champ magnétique, des tiges de guidage d'une bo- bine mobile plate adjacente, un détecteur de position de ladite bobine. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante d'exemples de réalisation faite en relation avec les figures jointes parai lesquelles : la figure 1 représente un clavier selon la présente invention constituée de touches modulaires ; la figure 2 illustre le fait que l'on peut associer à chaque touche diverses fonctions la figure 3 représente de façon extrêmement schématique un actionneur modulaire selon la présente invention ; les figures 4A et 4B représentent des vues de dessus d'aimants compris dans un module de l'actionneur selon la présente invention la figure 5 représente une vue en perspective schématique simplifiée de deux modules d'un actionneur selon la présente invention ; ; la figure 6 représente une vue de face d'un module actionneur selon la pressente invention ; et la figure 7 illustre schématiquement un assemblage matriciel de modules actionneurs selon la présente invention. Ainsi, la figure 1 illustre schématiquement le type de réalisation d'un clavier selon la présente invention. Ce clavier comprend des modules individuels 1 dont chacun comprend un bras ou plateau d'actionnement 2. A l'intérieur du module sont compris : - un détecteur de position de la touche, - un élénent moteur ou actionneur permettant, en fonction de l'action détectée sur la touche, de fournir une force résistive et éventuellenent de rappel déterminée par un processeur central recevant de chaque touche l'indication de position et fournissant une conmande pour le moteur.En outre, 9 chaque module est associée une carte électrcnique comprenant des troyens de prétraitement des signaux du détecteur et des moyens d'anplification de signas; de commande fournis en retour par le processeur central. Selon une caractéristique de l'invention, ces modules peuvent être reliés ensemble de façon simple, par exemple par encliquetage ou par fixation par tiges et serrage. Selon un aspect de l'invention, conne le représente la figure 2, dans le cas où le clavier est destins à former un clavier d'instrument de musique, les plateaux ou bras 2 peuvent etre munis de parements correspondant à l'aspect des touches classiques de l'instrueent de musique, par exemple une touche noire 4, une touche blanche 6 ou un joy stick 8. Ainsi, le clavier modulaire selon la présente invention présente le double avantage de pouvoir comprendre un nombre de touches quelconque mais en plus que chaque touche peut être asso ciée à une fonction différente à cond'tion de modifier convenablement le programme associé dans le process!r central pour avoir les réactions correspondant à ce type de touche. La figure 3 représente de façon estramement schématique et simplifiée un type de moteur approprié à la réalisation de modules d'actinneurs utilissbles par exemple dans un clavier tel que celui illustré en figure 1. Ce moteur comprend des moyens de création de champ magnétique fixes de forme plate, ci-apres appelés éléments de polarisation, entre lesquels sont disposées des bobines mobiles en translation dans leur plan. Les bobines mobiles reçoivent un courant déterminé par un processeur central. Chaque élément de polarisation est divisé en deux moi- tires selon un plan vertical, conne le représentent les fleures 4A et 4B, de façon à appliquer dans chacune de ces deux moitiés des champs en direction opposée. La fulgure 4A représente le cas où chaque élément de polarisation comprend dans sa partie gauche une plaque d'aimant 10 dont la face nord est apparente et dans sa partie droite une plaque d'aimant 11 dont la face sud est apparente. Comme le représente la figure 43? pour des questions de con-ol tE et de coût des amants, chaque plaque pourrait être divisée en plusieurs plaques élémentaires, par exemple lO-l et 1n-2 pour la partie gauche et 11-1 et 11-2 pour la partie dronte. Plus particulièrement, la figure 3 représente trois éléments de polarisation 14, 16 et 18 en forme de plaques et trois bobines plates 20, 22 et 24. En outre, à gauche de l'élément de polarisation 14 qui se trouve à une extrémité d'un ensemble de modules, est disposée une plaque de fermeture du champ magnétique 26, par une exemple une plaque en fer doux. Ainsi, par exemple, pour constituer un assemblage de deux modules selon la présente invention, on assemblera sucessivement une première plaque de fermeture 26, un élément de polarisatioi 14 puis des ensenbles successifs correspondant à chaque module coaprenant une bobine plate mobile 20 et un élément de polarisation fixe 16 puis une deuxième bobine mobile 22 associée à son élément de polarisation 18.Pour réaliser un ensemble deux modules seulement, au lieu de placer une nouvelle bobine 24 derrière l'élément de polarisation 18 comme cela est représenté, on placera derrière cet élément 18 une plaque de fermeture des lignes de champ similaire à la plaque 25. L'assemblage de la figure 3 montre que, en exceptant les extrémités de l'assemblage, pour ajouter un module à un ensemble existant, il suffit d'ajouter un ensemble comprenant un élément de polarisation et une bobine. Ainsi, comme on le verra ci-aprEs, la présente invention prévoit des modules élémentaires comprenant, sur un châssis fixe, muni de moyens de liaison avec les châssis adjacents, un support d'élément de polarisation et de bobine mobile. La figure 5 représente une vue en perspective un peu plus détaillée que celle de la figure 3 mais encore très schématique d'un ensemble de deux éléments de polarisation 15 et la et de deux bobines mobiles 22 et 24. Chaque bobine mobile est liée à des glissières 30 et 31 susceptibles de coulisser sur des tiges de guidage 32 et 33, ces tiges étant comme on le verra ci-après solidaires d'un châssis portant un élément de polartsation adjacent à la bobine.En outre, chaque bobine est fixé un ensemble de transformation de mouvement de translation en mouvement de rotation comprenant un premier bras 34 solidaire de la bobine et se déplaçant d'avant en arrière et d'arrière en avant selon le sens du courant passant dans la bobine, et un deuxieme bras 35 articulé sur un axe 36 également solidaire du châssis fixe de l'élément de polarisation associé à la bobine considérée. La liaison entre le bras articulé 35 et le bras se déplaçant en va-et-vient 34 se fait par un système de liaison classique désigné schématiquement par une partie en arc de cercle 37. Le bras 35 est lié à un troisième bras 37 qui se déplace donc en rotation par rapport à l'axe 36. Ce troisième bras 37 correspond au plateau ou bras d'actionnement susmentionné du module considéré. Les dimensions des divers éléments du système de transformation de mouvement de translation en mouvement de rotation, en relation avec la valeur de déplacement possible de la bobine le long des tiges de guidage, seront par exemple choisies pour que l'on obtienne une possibilité de débattement en rotation de 10 par rapport è une position de repos. C'est sur le bras ou plateau 37 que l'on pourra encliqueter ou fixer d'une autre manière des parements choisis. Bien entendu d'autres moyens de transformation de mouvement de translation en mouvement de rotation pourront être utilisés et, pour d'autres applications, on pourra également chercher å utiliser directement le mouvement de translation de la bobine mobile. La figure 6 représente en vue de face un exemple de réalisation schématique d'une bobine et d'un élément d'aimantation monts sur un châssis pour former un module élémentaire. La bobine est désignée par la référence 40 et ses bornes d'acces par les références 41 et 42. L'élément de polarisation comprend une plaque 43 dont la face nord est apparente et une plaque 44 dont la face sud est apparente de façon è créer des champs opposés dans les deux moitiés verticales de la bobine. Comme dans le cas de la figure 5, on a représenté un système de transformation du mouvement de translation de la bobine en un mouvement de rotation, désigné par les mêmes références 34 à 38. Le châssis 50 a une face arrière sensiblement plane et comprend des moyens pour loger et bloquer, par exemple à force, les plaques d'aimantation 43 et 44. Le ch ssis comprend des moyens 51, 52 et 53, 54 de fixation des tiges de guidage 32 et 33 sur lesquelles coulisse la bobine mobile 40 par l'intermédiaire des glissières 30 et 31. On a également représenté à la partie supérieure du châssis, une bande résistive 60 dont les extrémités sont solidaires de bornes d'accès 61 et 62. Sur cette bande résistive peut coulisser un frotteur de court-circuit 64 solidaire de la glissière 31 de sorte que la résistance entre les bornes 61 et 62 est représentative de la position de la bobine mobile. D'autre part, des butées en saillie sont prévues pour assurer un espacement déterminé par rapport la face arrière du châssis adjacent. On a représenté quatre butées latérales 71 à 74 et une butée centrale 75. De préférence, la face arrière sensiblement plane des châssis 50 comprendra des encoches destinées, en coopération avec les butées 71 75 å positionner l'un par rapport à l'autre deux chlssis successifs. Plusieurs châssis se "collent" naturellement les uns aux autres sous l'effet de l'attraction ma gnétique. Il sera toutefois préférable de prévoir des passages de tiges ou boulons de fixation. Comme cela sera clair pour l'homne de l'art, pour que l'ensemble de modules actionneurs tels qu'illustrés en figures 3, 5 et 6 fonctionne de façon satisfaisante, il convient que le chanp créé par une bobine mobile n'ait pas d'influence sur la bobine adjacente. Ceci sera le cas si l'on veille ce que le champ maximal créé par une bobine quand du courant la traverse ne dépasse pas environ le dixième du champ créé par les éléments de polarisation. En revenant sur la figure 3, on soulignera qu'un élément de polarisation sert aux deux bobines qui l'encadrent. Ceci permet d'obtenir un moteur plat particulièrement compact. Les contraintes exposes précédennent (largeur de 13,75 mm par module pour un clavier de piano) ont facilement pu être satisfaites dans le cadre d'un disposittf expérimental selon la présente invention en utilisant des éléments classiques comprenant des bobines plates d'une épaisseur de l'ordre de 6 mm, ces bobines s'inscrivant dans un rectangle de 60 mm x 12n mm, et les éléments de polarisation étant constitués de plaques d'aimant aux terres rares d'une épaisseur de 6 mm, ce qui laisse un entrefer de part et d'autre de chaque bobine inférieur à lmm (1,75/2 mm). On a représenté jusqu'ici une forme linéaire d'assemblage modulaire d'actionneurs plats. D'autres types d'assemblages sont également possibles. La figure 7 illustre schématiquement un exemple d'assear blage matriciel. Cet assemblage est constitué d'aimants plats Ait (vus en bout) disposés en 4 rangées (il1...4) et 4 colonnes (j=l. .4). Tous les aimants d'une colonne ont le même sens d'aimantation (symbolisé par une flèche) et les aimants de deux colonnes adjacentes ont des sens d'aimantation opposés. Des bobines B sont disposées pour subir conne précédemment le champ d'éléments de polarisation regroupant des aimants de rangées adjacentes.Toutefois, on notera qu'ici la notion d'élément de polari sation ntest pas figée comme dans le cas des assemblages linéaires précédemment décrits Comme le montre la figure, alors que pour les bobines B11, B12, B21, B22 les éléments de polarisation correspondent i des aimants des colonnes 1 et 2 et des colonnes 3 et 4, par contre, pour la bobine B31, les éléments de polarisation regroupent des aimants des colonnes 2 et 3. Ceci augmente la souplesse de conception, et permet des agencements d'actionneurs très denses et susceptibles de s'adapter à des besoins particuliers. La figure 7 représente également de façon schématique des plaques ferneture de champ magnétique 31-S4, étant entendu que les deux plaques 81 sont reliées par un trajet magnétique. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses variantes et modifications. Par exemple, les éléments de polarisation au lieu d'être des aimants permanents pourraent être des bobines plates à noyau de fer alimentées en-codrant continu, ce qui constitue un moyen de réglage complémentaire des actionneirs permettant d'appliquer une même condition en modifiant le champ continu de tous les éléments de polarisation. D'autre patt, outre les assemblages précédemment décrits en rangée linéaire et en matrice, d'autres dispositions pourront être adoptées. Par exemple, l'assenblage linéaire pourrait, moyennant de petites variations de forme, être un assemblage en anneau. I1 serait alors inutile de prévoir les pièces de fermeture de champ magnétique. De même l'assemblage matriciel pourrait être un assemblage en anneaux concentriques. Par ailleurs, on a décrit l'actionneur modulaire selon la présente invention dans son application 9 la creat4on d'un clavier. En ce cas, l'actionneur sert essentiellement a fournir une force de réaction à une action sur une touche du clavier. Une autre appllcation de cet actionneur consisterait à la faire agir réellement comme moteur, par exemple dans le cadre d'applications robotique où l'on cherche souvenL rassembler un grand nombre d'activr,neurs dans un petit volume. Parni des exemples d'autres variantes possibles de l'invention on peut citer les suivants - les bobines mobiles peuvent comprendre des bandes de fer intercalées entre les tours de la bande de cuivre enroulée en bobine plate dans un but d'optimisation de la caractéristique de consommation en fonction de la puissance fournie - divers types de capteurs de position potentiométri- ques, optIques, inductifs, par exemple, peuvent être utilisés - deux ou plusieurs bobines mobiles d'un nême assemblas peuvent être couplées mécaniquement et/ou électriquement ; ; - le déplacement d'une bobine peut être utilisé, par l'intermédiaire d'un contacteur lié cette bobine et associé à un commutateur multipolaire pour provoquer un actionnement séquentiel déterminé de plusieurs autres bobinies d'un ensemble donné REVENICATIONS 1. Assemblage de nodules actionneurs linéaires plats, dans lequel chaque module comprend une bobine mobile plate (20, 22, 24 ; 40) montée sur des glissières (31, 32) lui permettant de coulisser dans son plan dans une direction déterminée, des moyens (41, 42j d'alimentation en courant de la bobine, de chaque côté de cette bobine et sensiblement parallè liement à celle-ci un moyen plat d'application d'un champ magnéti- que dans une direction orthogonale au plan de la bobine, ce chanp étant dans un premier sens dans une première moitié de la surface occupée par la bobine au repos et du sens opposé dans la deuxième moitié, et des moyens d'espacement (71-75) pour maintenir un écart constat entre les moyens d'application de champ magnétique, caractérisé en ce que un seul moyen d'application de champ magnétique est présent entre deux bobines ; et des moyens de fermeture encadrent les moyens d'application de champ magnétique extrêmes. 2. Assemblage de modules selon la revendication 1, ca ractérisé en ce que les moyens d'application de champ magnétique sont des aimants permanents (10, 11 ; 101 ... 11-2) en forme de plaquettes orientés de façon opposée dans chaque demi-surface 3. Assemblage de modules selon la revendication 1, Ca- racterisé en ce que les moyens d'applrcation de chanp magnétique sont des bobines plates orientées de facon opposée dans chaque demi-surface. 4. Assemblage de nodules selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de position associé à chaque bobine ; un processeur central ; et des interfaces pour cotnmander les moyens d'allnentation de chaque bobine en reponse aux signaux des détecteurs traités par le processeur. 5. Assemblage de modules selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des châssis support identiques munis de moyens d'espacement par rapport aux châssis vo'sins, chaque châssis (50) comportant des moyens de fixation pour porter - un noyen d'application de champ magnétique (43, 44), - des tiges de guidage (32, 33) d'une bobine mobile plate adjacente, et - un détecteur de position (6fil) de ladS te bobine.