Brevet FR2745128A1 — publié le 19970822

I. TITRE. lOTEUR DE POSITIO;NNENIENT StTR DEUX DEGRES DE LIBERTE ANG1AIRES PAR FORCAGE ELECTRONLAGN'ETIQET. DE FLEXION. 2. DESCRIPTION. Domaine technique. La présente invention conceme le domaine de la commande en position de charges de quelques dizaines de grammes avec résolution microscopique et débattement de quelques millimètres. Le déplacement se fait sur une portion de sphère, donc avec deux degrés de liberté ang,ulaires. Etat de la technique. La grande majorité des systèmes de mise en position microscopique fonctionne par vis micrométrique avec rattrapage de jeu. Quelques autres fonctionnent en flexion forcée parvis avec un débattement limité de l'ordre L'invention contraste avec ces dispositifs sur les points suivants - Le dispositif est très compact, son encombrement angulaire est un cône de dix degrés d'angle au sommet, l'encombrement longitudinal étant de l'ordre de dix centimètres suivant les réalisations. - ll comprend une commande électrique intégrée, aucune motorisation encombrante ou génératrice de vibrations ou d'scoops n'est nécessaire. - La précision de positionnement est du même ordre que celle des dispositifs à flexion, soit une fraction di micromètre. - La course d'un déplacement angulaire peut atteindre cinq millimètres suivant les réalisations. Exposé de l'invention. L'invention comporte un inducteur constitué par un circuit magnétique circulaire de matériau à forte saturation magnétique, affectant la forme d'un tore et coupé de quatre entrefers dans deux plans axiaux perpendiculaires entre eux. L'invention comporte un dispositif de magnétisation de l'inducteur constitué soit d'un ou plusieurs aimants permanents insérés en une place disponible quelconque dans le tore, soit d'un circuit électrique magnétisant formé d'un ou plusieurs circuits de courant enroulés sur le tore. L'invention comporte un induit constitué de deux circuits de courant plans formant chacun boucle rectangulaire, assemblés en croix à angle droit par un moyen quelconque. L'induit plonge dans les entrefers de sorte que pour un circuit de courant plan, le courant monte parallèlement à l'axe du tore dans un entrefer et descende parallèlement dans l'entrefer opposé. L'invention comporte une tige de flexion dont la première extrémité est rendue solidaire de l'induit par liaison directe ou à l'aide d'une pièce indéformable de transmission, et la seconde extrémité est rendue sdidaire de l'inducteur directement ou par une éventuelle pièce rigide support de l'ensemble. Diverses variantes de réalisation sont possibles. Variantes de magnétisation. - La magnétisation du tore de circuit magnétique peut dans un premier cas provenir de l'insertion d'aimants permanents, soit au milieu de chaque quart de tore après que les entrefers aient été taillés, soit au niveau d'un entrefer, I'aimant faisant alors pôle. Dans un second cas elle peut provenir d'un ou plusieurs enroulements inducteurs parcourus par un courant et enroulés sur les quarts de tore entre les entrefers. Variantes induits. - Les circuits de courant plans seront normalement des bobines planes rectangulaires, mais peuvent être des lames conductrices formant boucle rectangulaire et alimentées par un fort courant. Variantes de montage de la tige de flexion. - La tige de flexion peut être fixée directement sur la pièce support à l'arrière du tore de circuit magnétique et alors les circuits de courant en croix viendront en assemblage direct sur la tige pour la fléchir; ou bien la tige de flexion peut s'assembler sur une pièce de pontage en avant du tore auquel cas une pièce rigide retourne de l'avant de la tige aux circuits de courant afin de transmettre l'effort de flexion. - La pièce de transmission liée d'une part à la tige et d'autre part aux circuits de courant moteurs peut être de forme quelconque pourvu qu'elle soit rigide. Un cône creux fait particulièrement l'affaire. - La tige de flexion peut hêtre rétrécie sur une falble longueur de sorte que cet affaiblissement favorise une flexion localisée et l'apparition d'un centre de rotation d'une partie de la tige par rapport a l'autre. Présentation des figures. La planche l représente une première réalisation du dispositif selon l'msenuon. La figure I y représente la pièce support. La figure 2 y représente l'inducteur dans une première variante de magnétisation (par aimants permanents). La figure 3 y représente la pièce de pontage caractéristique de la seconde variante de montage de la tige de flexion. La figure 4 y représente la tige de flexion. La figure 5 y représente la pièce de transmission La figure 6y représente l'induit à deux circuits de courant en croix. La figure 7 y représente l'assemblage selon l'invention. La planche 2 représente une variante de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 8y représente la pièce support. La figure 9y représente l'inducteur dans une première variante de magnétisation (par aimants permanents). La figure 10 y représente l'induit à deux circuits de courant en croix. La figure 1 1 y représente la tige de flexion. La figure 12 y représente l'assemblage selon l'invention Exposé détaillé. En se référant aux figures de la planche 1 le dispositif comporte une pièce support (1) pourvue de rainures de dégagement pour la tête d'induit. S'y fixe l'inducteur (2) coupé de quatre entrefers. et magnétisé par quatre aimants en position polaire (3). L'induit (4) comportant deux bobines planes en croix se glisse dans ces entrefers. A l'opposé de la pièce support (I). fermant l'inducteur (2) et empnsonnant l'induit (4). s'attache la pléce de pontage (5). pourvue elle aussi de rainures de dégagement pour la tête d'induit. Sur la pièce de pontage (5) se fixe la tige de flexion (6).La pièce de transmission (7) attachée par des pattes sur l'induit et prise sur la tige de flexion assure la transmission de la force de fléchissemert Le passage du courant dans un circuit plan de l'induit plongé dans le champ magnétique toroïdal y provoque l'apparition d'une force de Laplace radiale et dans le plan du circuit d'induit. Cette force tend à incurver la tige de flexion par le truchement de la pièce de transmission L'extrémité de la tige de flexion parcourt ainsi un arc de cercle. La coopération des deux circuits de courant permet un déplacement suivant deux degrés de hberté sur une portion de sphère. En se référant aux figures de la planche 2, la pièce support (1) du dispositif est fLxée d'une part à l'inducteur (2) magnétisé comme au dessus par les amants (3), d'autre part à la tige de flexion (6). L'induit (4) est directement solidaire de la tige de flexion (6). Le principe de fonctionnement est identique, la seule différence tient à l'articulation de la tige de flexion avec le reste du système. Applications industrielles de l'invention. L'invention est particulièrement indiquée pour les micromanipulateurs utilisés en biologie cellulaire ou en electrophysiologie. De n inière générale elle peut être de grand secours lorsqu'un dispositif de positionnement angulaire très compact et de commande dlrecte est nécessaire Elle est susceptible d'offnr aussi un dispositif de balayage par déflexion particulièrement simple et efficace. 3. REVENDICATIONS 1) Dispositif de positionnement angulaire caracténsé comme suit - comporte un inducteur (2) constitué par un circuit magnétique affectant la forme d'un tore et coupé de quatre entrefers dans deux plans axiaux perpendiculaires entre eux. - comporte un dispositif de magnétisation de l'inducteur, constitué soit d'un ou plusieurs aimants permanents (3) insérées en une place disponible quelconque dans le tore, soit d'un circuit électrique magnétisant formé d'un ou plusieurs circuits de courant enroulés sur le tore. - comporte un induit (4) constitué de deux circuits de courant plans fonnant chacun boucle rectemgulåre, assemblés en croix à angle droit par un moyen quiconque L'induit plonge dans les entrefers de sorte que pour un circuit de courant plan, le courant monte parallèlement à l'axe du tore dans un entrefer et descende parallèlement dans l'entrefer oppose - comporte une tige de flexion (6) dont la première extrémité est solidaire de l'induit, et la seconde extrémité solidaire de l'inducteur, 2) Dispositif selon la revendication l dans lequel la tige de flexion est solidaire de l'inducteur ducctement ou par une pièce de pontage (5) et de l'induit par une pièce indéformable de transmission (7). 3) Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la tige de flexion est fixée par une extrémité à la pièce support ( l) et prise vers l'autre extrémité sur l'induit. 4) Dispositif selon la revendication l et une revendication 2 ou 3 dans lequel un rétrécissement localisé di section de la tige de flexion accentue la définition du centre de flexion