Brevet FR2795943A1 — publié le 20010112

l La présente invention concerne un dispositif électronique d'asservissement pour pièce à main dentaire du type dans lequel la vibration d'un outil est obtenue au moyen d'un transducteur piézoélectrique. On sait qu'un transducteur piézoélectrique générateur de vibrations ultrasonores est, dans la mesure du possible, utilisé à la résonance de façon à obtenir des amplitudes et une puissance des vibrations maximales. Lorsqu'un tel transducteur, auquel est couplé mécaniquement un outil, vient en contact au cours d'une phase de travail avec des tissus de natures différentes, c'est-à-dire des tissus durs, des tissus mous, avec ou non présence d'un liquide, il voit son circuit résonnant évoluer au cours du travail. On sait que dans une telle pièce à main la vitesse de vibration du transducteur est une fonction directe du courant électrique qui circule dans celui-ci et que l'effort nécessaire à cette vibration est une fonction directe de la tension d'alimentation aux bornes dudit transducteur. On comprend que si l'on souhaite faire fonctionner une pièce à main avec un rendement optimal, les vibrations du transducteur doivent correspondre à la résonance série de cette pièce à main et, en cours de travail, les conditions de fonctionnement doivent varier de façon à rester à la résonance. Suivant l'invention on suivra la fréquence en observant le déphasage qui existe entre la tension et le courant fourni et en compensant électriquement la capacité intrinsèque du transducteur. Un tel circuit électrique se traduit à la résonance série par une impédance faible et un déphasage nul. La présente invention a ainsi pour but de proposer un tel dispositif d'asservissement du transducteur piézoélectrique d'un générateur de vibrations pour pièce à main dentaire apte à fonctionner en permanence à la fréquence de résonance série, et ce quelle que soit la nature des tissus sur laquelle l'outil équipant cette pièce à main est amené à intervenir. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif d'asservissement d'une pièce à main dentaire activée par un générateur à ultrasons, comportant des moyens d'alimentation de fréquence donnée, caractérisé en ce que: - il comporte deux circuits, à savoir un circuit de travail aux bornes duquel est relié le générateur à ultrasons, et un circuit de pilotage, - le circuit de travail comporte une inductance en parallèle entre ses bornes de sortie, - l'alimentation est apte à délivrer en sortie une tension en phase avec une tension qui lui est délivrée sur son entrée, - le circuit de pilotage est constitué d'un transformateur d'intensité dont le primaire est disposé en série dans le circuit de travail et dont le secondaire forme, avec une capacité et une résistance qui lui sont associées un circuit RLC dont la tension aux bornes de la résistance est envoyée à l'entrée de la susdite alimentation, - le circuit de pilotage comporte des moyens permettant de faire varier la valeur de la capacité et/ou celle de la self du secondaire du transformateur d'intensité. Préférentiellement le secondaire du transformateur d'intensité comporte un noyau mobile à l'intérieur de son enroulement apte à faire varier son inductance. Les moyens d'alimentation seront reliés au circuit de travail, dans un mode de mise en oeuvre préférentiel, par l'intermédiaire d'un transformateur de tension dont les inductances du primaire et du secondaire seront élevées. Dans un mode de mise en oeuvre intéressant de l'invention l'inrductance disposée entre les bornes de sortie du circuit de travail sera telle qu'avec la capacité intrinsèque de la pièce à main et la résistance interne de celle-ci on forme un circuit RLC proche de la résonance. On décrira ci-après à titre d'exemple non limitatif une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de suivi en fréquence suivant l'invention. La figure 2 est un schéma représentant les déphasages entre courant et intensité dans un circuit du type de celui représenté sur la figure 1. La figure 3 est une courbe représentant la variation du déphasage entre courant et tension dans un circuit suivant l'invention en fonction d'un multiple de la fréquence. La figure 4 est une courbe représentant les variations respectives en fonction de la fréquence, de la puissance fournie à une pièce à main spécifique et du déphasage entre courant et intensité correspondant. L'oscillateur de suivi en fréquence représenté sur la figure 1 est essentiellement constitué d'une alimentation 1 en mesure de générer entre ses deux bornes de sortie A et B une tension Vp qui alimente le primaire 3 d'un transformateur de tension T1. L'une des bornes C du secondaire 4 de ce transformateur est reliée à une sortie Si du circuit à laquelle vient se connecter une entrée E1 d'une pièce à main 5. L'autre borne D de ce même secondaire 4 est reliée à l'autre sortie S2 du circuit avec interposition du primaire 7 d'un transformateur de courant T2. La seconde entrée E2 de la- pièce à main 5 vient se relier à la borne S2. Une inductance 9 de valeur Ls est disposée en parallèle entre les bornes d'entrée E1 et E2 de la pièce main 5. Ainsi que représenté sur la figure 1 le secondaire 11 du transformateur d'intensité T2 est disposé en série avec une capacité 13 de valeur C2 et une résistance 15 de valeur R2, cette dernière représentant les résistances parasites du circuit RLC ainsi formé. Les bornes G et H de la résistance 15 sont réunies à des bornes d'entrée IJ de l'alimentation 1. On a ainsi deux circuits à savoir un circuit de travail qui commande la pièce à main 5 et un circuit de pilotage constitué par le circuit RLC. L'alimentation 1 est constituée de façon que la tension Vp produite sur ses bornes de sortie A,B soit en phase avec la tension Vr existant entre ses bornes d'entrées I et J. Dans ces conditions ainsi que représenté sur le schéma de la figure 2, pour que l'oscillateur constitué par la self 11, la capacité 13 et la résistance 15 entre en oscillation, il est nécessaire que le signal de tension Vr recueilli aux bornes de la résistance R2 se trouve en phase avec Vs, condition qui se réalisera si p2 = - 1. En effet 92 et (pi représentent le déphasage entre tension et intensité respectivement dans le circuit oscillant de pilotage RLC et dans le circuit de travail commandant les vibrations de la pièce à main 5. Si l'on exprime la tension Vr existant entre les bornes d'entrée I et J de l'alimentation 1 en fonction du courant Il circulant dans le primaire 7 du transformateur T2 on notera que le courant I1 est en retard de pi par rapport à la tension Vs (ou à la tension Vp) et que la tension Vr est en phase avec le courant 12. Si l'on tient compte des équations du transformateur on obtiendra, en utilisant la notification mathématique complexe: V1 = Z1Il + jmoI2 avec Z1 = jL1i (1) O = Z2I2 + jmoI1 avec Z2 = R2 + j(L2W - 1/C2O) (2) m représentant le coefficient d'inductance mutuelle de l'un des enroulements du transformateur sur l'autre enroulement. De façon connue, le transformateur T2 étant un transformateur d'intensité, on peut négliger l'influence de l'enroulement secondaire sur l'enroulement primaire si bien que l'expression jmCOI2 = 0 et, de l'équation (1), on tire la valeur de I1 soit: Il = V1 / jL1c = -jV1 / Lio^ En reportant cette valeur dans l'équation (2) on obtient l'expression du courant Il dans le circuit de travail en fonction du courant I2 dans le circuit RLC soit: Il = 1/mo (1/C2f-L2f+jR2) I2 Dans ces conditions le déphasage du courant I2 par rapport au courant Il sera: tgP2 = R2/W / (l/C2O - L2c) = R2C2o/l-L2C202 (3) Dans ces conditions, comme mentionné précédemment, il y aura oscillation si P2 = -(1 ou tg92 = -tgl1, soit à partir de l'équation (3): R2C2(/l-L2C22 = -tg(lp (4) On a représenté sur la figure 3 la variation de la valeur de tggl en fonction de la valeur de O qui représente la fréquence de vibration, à la valeur de 2x près (o=2nN) On remarquera que, sans pièce à main, la charge de l'oscillateur dans le circuit de travail se réduit à la valeur de l'inductance Ls disposée en parallèle entre les bornes de sortie S1 et S2 du circuit. Par ailleurs si on désigne par Rs la résistance interne de l'oscillateur le déphasage du courant Il par rapport à Vs s'exprime par l'expression: tgp = Ls/Rs La condition d'oscillation tgP2 = -tgPl devient alors: R2C2o/(1-L2C2s)=-Ls8os/Rs soit w2 = (Ls+RsR2C2) / (LsL2C2) (5) En jouant sur les valeurs de L2 de l'enroulement du secondaire 11 du transformateur T2 et/ou la valeur C2 du condensateur 13 on peut donc ajuster la fréquence de l'oscillateur à vide si bien que l'on modifie la courbe d'accrochage représentée sur la figure 3. Dans la pratique R2 représente les résistances parasites du circuit et on conservera C2 constant. Pour chaque appareil d'une série donnée il suffira alors de faire varier la valeur L2 du secondaire 11 du transformateur T2 jusqu'à ce que la tension T1 soit en phase avec le courant Il circulant dans le cicuit. L'appareil sera alors étalonné et l'oscillateur Par ailleurs on dispose, ainsi que représenté sur la figure 4, d'une courbe représentant la variation de la puissance aux bornes El, E2 de la pièce à main 5 ainsi que la valeur du déphasage entre courant et intensité aux bornes de celle-ci. Chaque type de pièce à main 5 pourvue d'un outil déterminé possédera ainsi une courbe de ce type. On constate, sur l'exemple de la figure 4, que la puissance est maximale et que le déphasage est nul pour une fréquence aux environs de 30 kHz. Cette valeur reportée au point X sur le schéma de la figure 3 montre que le réglage du circuit RLC est correct puisque la valeur de tgpl pour cette fréquence est proche de 0. On sait, bien entendu, qu'au cours du fonctionnement de la pièce à main, la valeur de la fréquence pour laquelle on obtient une vibration maximale à déphasage nul varie en fonction d'une part de la nature physique de la pièce à main mais également en fonction de l'état de surface de la matière à traiter. Pour une pièce à main et un outil donné on obtiendra donc deux fréquences extrêmes N1 et N2 correspondant à un travail de l'outil sur des tissus mous et des éléments plus durs, auxquelles correspondront des valeurs X1 et X2 de à, ainsi que représenté sur la figure 3. On a constaté qu'en général la fréquence N se situait aux environs de 30 kHz. Dans ces conditions on fera en sorte de procéder à un réglage à vide de chaque circuit produit (par réglage par exemple de la valeur de L2) de façon qu'en cours de travail les points X1 et X2 se trouvent bien dans des zones pour lesquelles tg1 est proche de zéro, ainsi que représenté sur la figure 3. La variation de l'inductance L2 pourra notamment être obtenue par déplacement d'un noyau au centre de la self 11. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'asservissement d'une piece à main dentaire (5) activée par un générateur à ultrasons, comportant des moyens d'alimentation (1), caractérisé en ce que: - il comporte deux circuits, à savoir un circuit de travail aux bornes (Si, S2) duquel est relié le générateur à ultrasons, et un circuit de pilotage, - le circuit de travail comporte une inductance (Ls) en parallèle entre ses bornes de sortie (Sl, S2), - l'alimentation (1) est apte à délivrer en sortie (A,B) une tension (Vs) en phase avec une tension qui lui est délivrée sur son entrée (I,J), - le circuit de pilotage est constitué d'un transformateur d'intensité (T2) dont le primaire (7) est disposé en série dans le circuit de travail et dont le secondaire (11) forme, avec une capacité (13) et une résistance (15) qui lui sont associées, un circuit RLC dont la tension aux bornes de la résistance (15) est envoyée à l'entrée de la susdite alimentation (1), le circuit de pilotage comporte des moyens permettant de faire varier la valeur de la capacité (13) et/ou celle de la self du secondaire (11) du transformateur (T2). 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le secondaire (11) du transformateur d'intensité (T2) comporte un noyau mobile à l'intérieur de son enroulement apte à faire varier son inductance (L2). 3.- Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (1) sont reliés au circuit de travail par l'intermédiaire d'un transformateur de tension (T1). 4.- Dispositif suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'inductance (Ls) disposée entre les bornes de sortie (S1,S2) du circuit de travail est telle qu'avec la capacité intrinsèque de la pièce à main (5) et la résistance interne de celle-ci on forme un circuit RLC proche de la résonance.