Brevet FR2725253A1 — publié le 19960405

La présente invention concerne un actionneur pour un palier magnétique et notamment un actionneur pour un palier magnétique dans lequel un tourillon d'une pièce mobile peut être déplacé librement dans différentes directions Un palier magnétique actif a été souvent utilisé dans des domaines spécifiques tels que la construction d'engins spatiaux, I'usinage de précision et différents appareils expérimentaux. Par conséquent, ces paliers sont produits à la demande en petites quantités et les structures spécifiques nécessaires sont conçues et réalisées pour les domaines spécifiques indiqués ci-dessus. Cependant, avec le développement de la technique moderne, on observe une tendance croissante à employer ce type de palier magnétique et il est à noter qu'une grande précision et différents degrés de liberté de mouvement sont souvent nécessaires.Un appareil à disque optique est un bon exemple d'une telle application. L'appareil à disque optique comprend un capteur pour rayonner un faisceau optique sur la surface du disque, de manière à lire les informations enregistrées et à enregistrer de nouvelles informations, un chariot pour supporter le capteur et un moteur à bobine mobile pour changer la position du chariot sur le disque. Dans l'appareil optique, un objectif photographique monté sur le capteur nécessite un mouvement de rotation par rapport à l'oscillation de la surface du disque, ainsi qu'un mouvement de translation pour la focalisation et le suivi de piste, de manière à enregistrer et lire des données avec précision. A cette fin, I'objectif doit avoir un certain degré de liberté de mouvement dans les différentes directions.En outre, le palier magnétique qui supporte un corps d'objet en utilisant un procédé sans contact convient pour remplir la condition indiquée ci-dessus. La figure 1 représente schématiquement un exemple d'un palier magnétique classique. En référence à la figure 1, le palier magnétique classique a un arbre tournant 30 de forme cylindrique pour avoir un mouvement de rotation autour du centre de celui-ci. Deux actionneurs annulaires 3 la et 31b, dans lesquels l'arbre tournant est introduit, sont montés à un intervalle prédéterminé l'un de l'autre, ce qui maintient l'arbre tournant 30 dans un état flottant par l'équilibre mutuel des forces créées après que les forces exercées dans des directions perpendiculaires à l'arbre tournant 30 sont créées par les actionneurs annulaires. Une pluralité de pôles 31p sont formés sur la circonférence intérieure des actionneurs annulaires 31 a et 31b, qui dépassent à l'intérieur, vers le centre de l'arbre 30.En outre, une bobine 30 est bobinée sur chaque pôle 3 lp. (Bien que cela ne soit pas représenté expressément sur les figures, les bobines sont bobinées sur tous les pôles). Un actionneur 32, prévu pour agir dans la direction de l'arbre, est monté à l'arrière d'un actionneur annulaire 3 lb et produit une force pour agir dans la direction de l'arbre, de manière que l'oscillation de l'arbre tournant 30 dans la direction de l'arbre soit empêchée et qu'en même temps l'arbre 30 soit fixe. Des capteurs 33a et 33b prévus pour détecter le déplacement dans une direction perpendiculaire à l'arbre sont montés à une distance prédéterminée de la circonférence extérieure de l'arbre tournant 30. En outre, un capteur 34 prévu pour détecter le déplacement dans la direction de l'arbre est monté à une distance prédéterminé d'une extrémité de l'arbre tournant 30.Les capteurs 33a, 33b et 34, et la bobine 36 bobinée sur le pôle 31p des actionneurs 31a et 31b, comme cela est représenté sur la figure 1, sont connectés électriquement à une partie de commande 35 de telle manière qu'un circuit soit formé. Cependant, puisque l'actionneur entoure l'arbre tournant, c'est-à-dire un corps à supporter dans le cas d'un palier magnétique classique, la taille de l'actionneur doit varier selon la forme et la taille (diamètre de l'arbre) du corps à supporter. Par conséquent, I'actionneur ne peut pas avoir une caractéristique de produit indépendant, de sorte que la normalisation et la production en série de l'actionneur sont impossibles. En particulier, lorsque le diamètre de l'arbre est relativement grand, la taille de l'actionneur est augmentée. Par conséquent, par suite de l'augmentation de la taille de l'actionneur, I'appareil auxiliaire nécessaire pour supporter l'actionneur a une taille plus grande, de sorte que les problèmes liés à la mise en place, à savoir un poids élevé et un espace réduit, sont plus difficiles à résoudre. Pour résoudre ces problèmes, la présente invention a pour but de fournir un actionneur pour palier magnétique qui peut être réalisé comme un produit indépendant, être normalisé et minimisé en taille quelle que soit la forme du corps à supporter, et être facile à mettre en place. Pour atteindre le but indiqué ci-dessus, I'actionneur pour palier magnétique selon la présente invention comprend: un tourillon pour fournir un chemin magnétique pour des lignes de flux magnétique; une pluralité d'électroaimants pour faire flotter magnétiquement le tourbillon; des moyens de transfert de force connectés au tourillon pour transférer la force produite du tourillon à un corps à supporter; et des moyens formant support pour supporter les électro-aimants et le tourillon. Dans la présente invention, les électro-aimants et le tourillon sont construits de manière "compacte" pour que l'actionneur puisse être fabriqué en série sous la forme d'un produit indépendant, et la force produite par l'actionneur est transférée au corps à supporter par les moyens de transfert de force, ce qui permet de normaliser la forme de l'actionneur indépendamment de la forme du corps à supporter. De plus, puisque le corps à supporter et l'actionneur sont structurellement distincts, I'invention a l'avantage d'une mise en place facile. En outre, du fait que le système n'est composé que d'un actionneur, il est possible de le miniaturiser. Les buts et avantages de la présente invention indiqués ci-dessus apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation préféré de celle-ci donnée en relation avec les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de la structure d'un exemple d'un palier magnétique classique; - la figure 2 est un schéma de la structure d'un actionneur pour palier magnétique selon la présente invention; - la figure 3 est un schéma de la structure d'un cadre prévu pour supporter l'actionneur de la figure 2; - la figure 4 est un schéma représentant le trajet des lignes de flux magnétique dans un actionneur pour palier magnétique selon la présente invention; - la figure 5 est un schéma représentant le mouvement de rotation du corps à supporter lorsqu'un actionneur pour palier magnétique selon la présente invention est utilisé; et - la figure 6 est un schéma représentant le mouvement de rotation duy corps à supporter lorsque deux actionneurs pour palier magnétique selon la présente invention sont utilisés. En référence à la figure 2, un actionneur 40 pour palier magnétique selon la présente invention a un tourillon sphérique 41 au centre de celui-ci. Six électro-aimants 42a, 42b, 42c, 42d, 42e et 42f (l'électro-aimant 42f étant situé derrière le tourillon, il n'est pas représenté sur la figure) ayant un noyau magnétique de forme prédéterminée sur chacun desquels une bobine est bobinée, sont disposés autour du tourillon 41 avec une disposition symétrique par paires sur les axes X, Y et Z. Ici, I'intérieur du tourillon 41 est constitué par un espace vide ou une matière qui est plus légère qu'un matériau magnétique dur. En outre, le nombre d'électroaimants n'est pas limité à six et peut être plus petit ou plus grand selon la conception de l'actionneur, et la disposition des électro-aimants n'est pas limitée à un degré spécifique de mise en place.En particulier, en ce qui concerne la position à laquelle les électro-aimants sont disposés, les électro-aimants peuvent être disposés à l'extérieur ou à l'intérieur du tourillon 41. Par ailleurs, un arbre 43, prévu pour transférer la force qui est produite sur le tourillon 41 par le fonctionnement des électro-aimants, est combiné sur un côté du tourillon 41, à un endroit où l'axe coïncide avec le centre du tourillon sphérique 41. La figure 3 est un schéma d'un cadre prévu pour supporter l'actionneur de la figure 2. Un cadre 50 est composé d'un arc et de cadres circulaires 51a et 51b pour fixer les électro-aimants 42a, 42b, 42c, 42d, 42e et 42f de l'actionneur. Un bouton 52 prévu pour commander la séparation et la combinaison des parties supérieure et inférieure de forme circulaire du cadre 51 a est monté à une position prédéterminée des cadres 51a et 51b. En outre, un support fixe 53 pour fixer le cadre complet sur une autre base est prévu à une position prédéterminée du cadre 51a. Le fonctionnement de l'actionneur pour palier magnétique selon la présente invention ayant la constitution décrite ci-dessus est décrit brièvement ciaprès en relation avec la figure 4. Lorsque le courant circule dans les bobines des électro-aimants 42a à 42f des lignes de flux magnétique 44 sont produites et ces lignes de flux magnétique forment un trajet magnétique prédéterminé. C'est-à-dire que, comme cela est représenté sur la figure 4, les lignes de flux magnétique 44 forment un trajet magnétique passant par le noyau de l'électro-aimant 42a et le tourillon 41. Il en résulte que des forces d'attraction ou de répulsion sont produites entre l'électroaimant 42a et le tourillon 41. Puisque l'intensité du courant circulant dans une paire d'électro-aimants disposés symétriquement de part et d'autre du tourillon 41 n'est pas la même dans les deux électro-aimants, la densité du flux magnétique produit est différente, de sorte que le tourillon se déplace vers l'électro-aimant qui a la force d'attraction la plus grande. En référence aux figures 5 et 6, on décrit maintenant le mouvement de rotation du corps à supporter lorsqu'un ou deux actionneurs ayant le fonctionnement décrit ci-dessus sont utilisés. Comme cela est représenté sur la figure 5, lorsque le courant circule alternativement dans les bobines des électro-aimants dans l'état où le corps à supporter 55 est connecté à un côté d'un actionneur 50 par un arbre 53, un champ magnétique tournant est produit à l'intérieur de l'actionneur 50. Lorsque le tourillon 51 est mis en rotation par le champ tournant, le corps à supporter 55 connecté au tourillon 51 par l'arbre 53 est mis en rotation. D'autre part, comme cela est représenté sur la figure 6, dans le cas où deux actionneurs sont utilisés, le corps à supporter 65 est situé entre les deux actionneurs et est connecté aux actionneurs des deux côtés par des arbres 63a et 63b. Dans cet état, lorsque le tourillon 61a d'un actionneur 60a effectue un mouvement de translation dans une direction (vers le bas sur la figure) et que le tourillon 61b de l'autre actionneur 60b effectue un mouvement de translation opposé (vers le haut sur la figure), le corps à supporter effectue un mouvement de rotation relative. Par conséquent, le tourillon de l'actionneur peut effectuer des mouvements de translation et de rotation librement en maintenant un intervalle constant par rapport aux électro-aimants, de manière que le corps à supporter puisse effectuer librement des mouvements de translation et de rotation. Par conséquent, un effet très utile peut être produit dans un appareil à disque optique, un mécanisme de machine de précision ou un dispositif analogue lorsque l'actionneur selon l'invention est appliqué à celui-ci. Tel qu'il est décrit ci-dessus, I'actionneur pour palier magnétique selon la présente invention a une constitution dans laquelle des électro-aimants classiques qui sont disposés à des positions réparties autour du corps à supporter et du tourillon sont peu encombrants, de sorte que l'actionneur peut être produit en série sous la forme d'un produit indépendant, et la force produite par l'actionneur est exercée sur le corps à supporter par l'intermédiaire des moyens de transfert de force, ce qui permet de normaliser la forme d'un actionneur quelle que soit la forme du corps à supporter. De plus, puisque le corps à supporter et l'actionneur sont distincts structurellement, on a l'avantage supplémentaire d'une mise en place facile. En outre, du fait de la constitution ne comprenant qu'un seul actionneur, la miniaturisation de celui-ci est possible. REVENDICATIONS 1. Actionneur (40) pour palier magnétique, comprenant: - un tourillon (41; 51; 61 a, 61b) pour fournir un chemin magnétique pour des lignes de flux magnétique (44); - une pluralité d'électro-aimants (42a, 42b, 42c, 42d, 42e, 42f) pour faire flotter le tourillon magnétiquement; - des moyens de transfert de force (43; 53; 63a, 63b) connectés au tourillon pour transférer la force produite du tourillon à un corps à supporter (55; 65); et - des moyens formant support (50) pour supporter les électro-aimants et le tourbillon. 2. Actionneur pour palier magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électro-aimants de ladite pluralité d'électro-aimants sont montés sur un axe orthogonal passant par le centre du tourillon dans une structure mutuellement symétrique. 3. Actionneur pour palier magnétique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit tourillon a une forme sphérique. 4. Actionneur pour palier magnétique selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'intérieur dudit tourillon est un espace vide et les électroaimants de ladite pluralité d'électro-aimants sont montés sur un axe passant par le centre du tourillon dans une structure mutuellement symétrique à l'intérieur dudit tourillon.