FR2527922A1 - Piece a main de dentisterie du type comportant un electromoteur shunt - Google Patents
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Abstract
PIECE A MAIN DE DENTISTERIE COMPORTANT UN ELECTROMOTEUR SHUNT A COURANT CONTINU DONT LA VITESSE DE ROTATION PEUT ETRE MODIFIEE AU MOYEN D'UNE SOURCE DE TENSION COMMANDABLE; ELLE COMPREND UN CIRCUIT RUPTEUR 3 DISPOSE DANS LE CIRCUIT DE COURANT DU MOTEUR 1, UN CIRCUIT D'ECHANTILLONNAGE ET DE MEMORISATION 5 QUI ECHANTILLONNE ET MEMORISE LA TENSION DU MOTEUR, UN CIRCUIT DE REGULATION 6 POUR LA SOURCE DE TENSION COMMANDABLE 2 AUQUEL SONT APPLIQUEES UNE TENSION DE COMMANDE EN TANT QUE VALEUR DE CONSIGNE ET LA VALEUR DE TENSION DU MOTEUR MEMORISEE PAR LE CIRCUIT D'ECHANTILLONNAGE ET DE MEMORISATION 5, AINSI QU'UN CIRCUIT DE SYNCHRONISATION 4 QUI COMMANDE TEMPORAIREMENT, DE FACON REPETEE, LE CIRCUIT RUPTEUR 3 POUR INTERROMPRE LE COURANT DU MOTEUR ET LE CIRCUIT D'ECHANTILLONNAGE ET DE MEMORISATION 5 AVEC UN CERTAIN RETARD APRES LE DEBUT DE L'INTERRUPTION DU COURANT DU MOTEUR MAIS AVANT LA FIN DE CELLE-CI, POUR ECHANTILLONNER LA VALEUR DE TENSION DU MOTEUR.
Description
Pièce à main de dentisterie.
L'invention concerne une pièce à main de dentisterie comportant un électromoteur shunt a courant continu dont la vitesse de rotation peut être modifiée au moyen d'une source de tension commandable.
On connait des pièces à main de dentisterie comportant des moteurs électriques miniatures qui fonctionnent comme des électromoteurs shunt a courant continu. De façon connue, dans le cas d'un électromoteur shunt à courant continu la vinsse de rotation décroît avec la charge lorsque la tension continue d'alimentation n'est pas modifiée. Pour aller à l'encontre de cela jusqu'ici on a utilisé un circuit de compensation pour des électromoteurs shunt a courant continu dans des pièces à main de dentisterie. Ce circuit de compensation reposait sur le fait qu'on utilisait la chute de tension aux bornes d'une résistance se trouvant dans le circuit de courant du moteur pour commander la source de tension commandable.Ce faisant, on était parti du fait que dans le cas où la vitesse de rotation chute par suite d'une charge plus élevée, le courant du moteur augmente et provoque aux bornes de la résistance une chute de tension plus élevée de façon correspondante à l'aide de laquelle la tension d'alimentation pour le moteur peut être commandée pour prendre une valeur plus élevée. La valeur de tension plus élevée conduit alors à une nouvelle augmentation de la vitesse de rotation. Bien que ce principe ne constitue pas une véritable régulation de la vitesse de rotation, mais seulement une compensation approximative de l'effondrement de la vitesse de rotàtion par suite d'une augmentation de la charge (par exemple lorsque l'outil de dentisterie est appliqué sur la dent), ce principe était suffisant jusqu'ici pour la pratique.Ceci entre autres parce qu'on se satisfaisait jusqu'ici d'une gamme de vitesses de rotation allant d'environ 4000 à 40.000 tours/minute (rapport 1/10). Il faut ce faisant tenir compte du fait que la tension admissible au maximum dans lacavité buccale, qui est alors égale à la tension d'alimentation pour le moteur, ne doit pas être supérieure à 24 V conformément aux dispositions légales.
Le réglage de la vitesse de rotation a lieu par commande de la source de tension. Si l'on part de la gamme de vitesses de rotation de 1/10 indiquée cidessus et si l'on suppose que la vitesse de rotation est sensiblement proportionnelle à la tension d'alimentation pour le moteur, 24 V correspondent à la vitesse de rotation maximale et.2,4 V correspondent à la vitesse de rotation minimale. La valeur de tension de 2,4 V est encore suffisamment importante pour ne pas encore être trop influencée par des grandeurs perturbatrices.
L'invention se propose d'augmenter nettement la gamme de vitesses de rotation et ce au moins jusqu'au rapport 1/40, ce qui correspond à des vitesses de rotation de 1000 à 40.000 tours/minute. Dans ce cas, la vitesse de rotation de 40.000 tours/minute correspondrait à la tension d'alimentation de 24 V, tandis que pour la vitesse de rotation de 1000 tours/ minute on ne devrait plus utiliser qu'une tension d'alimentation de 0,6 V.Dans le cas de la faible tension d'alimentation mentionnée en dernier, le principe de compensation connu jusqu'ici n'est plus valable étant donné qu'ici des grandeurs perturbatrices, telles que la résistance de contact des charbons, des résistances de frottement des paliers à billes, l'échauffement du moteur, etc., conduisent à une influence notable de la chute de tension aux bornes de la résistance, de sorte que celle-ci n'est plus utilisable pour la compensation.
Il est facile d'envisager une véritable régulation de la vitesse de rotation en utilisant une génératrice tachymétrique qui est couplée au moteur.
Cependant, ceci n'est pas souhaitable pour des raisons d'encombrement dans la pièce à main de dentisterie et également pour des raisons de cotit.
C'est pourquoi l'invention propose une solution qui est caractérisée par un circuit rupteur disposé dans le circuit de courant du moteur, un circuit d'échantillonnage et de mémorisation qui échantillonne et mémorise la tension du moteur, un circuit de régulation pour la source de tension commandable auquel sont appliquées une tension de commande en tant que valeur de consigne et la valeur de tension du moteur mémorisée par le circuit d'échantillonnage et de mémorisation, ainsi qu'un circuit de synchronisation qui commande temporairement, de façon répétée, le circuit rupteur pour interrompre le courant du moteur et le circuit d'échantillonnage et de mémori- sation, avec un certain retard après le début de l'interruption du courant du moteur mais avant la fin de celle-ci, pour échantillonner la valeur de tension du moteur.
La solution suivant l'invention part du.fait que le moteur fonctionne en générateur dans la phase d'interruption, la force électromotrice du générateur étant utilisée comme valeur réelleplr un véritable circuit de régulation. L'interruption de l'alimentation en courant du moteur n'a pas besoin d'être longue, étant donné que le moteur présente des pertes pour ce qui est du couple de rotation. Elle ne doit pas non plus être trop courte étant donné qu'après le début de l'interruption apparalt tout d'abord une phase de décroissance du champ dans laquelle la force -électromotrice du générateur n'est plus mesurable.
L'échantillonnage doit avoir lieu avec un certain retard pour cette raison.
La solution suivant l'invention présente l'avantage qu'une véritable régulation de la vitesse de rotation a également lieu sans utiliser une génératrice tachymétrique et qu'une gamme de régulation importante, allant jusqu'à des vitesses de rotation très faibles, peut être couverte.
Pour un moteur miniature du type considéré ici, qui possède une tension d'alimentation maximale d'environ 24 V et un courant d'au maximum environ 5 A, il s'est avéré particulièrement avantageux d'utiliser une gamme de fréquences de répétition dé 10 à 1000 Hz, une durée d'interruption pour le courant du moteur dans la gamme allant de 250 à 500 ijs, et une durée d'échantillonnage dans la gamme allant de 5 à 30 ps.
Les gammes optimales indiquées ci-dessus sont basées sur les faits suivants : si la fréquence de répétition est trop faible, il apparaît des pauses relativement longues dans lesquelles la vitesse de rotation du moteur peut diminuer par suite d'une charge. Il en résulte que le moteur ne fonctionne plus de façon uniforme (il a des à-coups) et une régulation parfaite n'est plus assurée. Si la fréquence de répétition est trop importante pour maintenir la valeur moyenne de la tension d'alimentation du moteur qui est nécessaire pour un couple de rotation déterminé la durée de l'interruption doit être raccourcie, ce qui conduit, lorsque la valeur limite inférieure pour la durée d'interruption est atteinte, à ce que la force électromotrice du générateur ne peut plus être mesurée du fait que la phase de décroissance du champ n'est pas encore terminée.Si le temps d'interruption est trop long, le moteur présente des pertes en ce qui concerne le couple de rotation en raison d'une valeur moyenne trop faible de la tension d'alimentation pour le moteur. Une duree d'échantillonnage trop courte conduit à ce que la valeur moyenne de la tension de la valeur réelle est trop faible. La limite supérieure de la durée d'échantillonnage est déterminée par l'intervalle de temps entre la fin de la phase de décroissance du champ et le rétablissement du courant du- moteur.
Comme générateurs de valeur de consigne on a utilisé jusqu'ici des diviseurs de tension se présentant sous la forme de potentiomètres linéaires (dits démarreurs). La plupart des cabinets dentaires sont déjà équipés de tels démarreurs. Dans la gamme de vitesses de rotation de 4000 à 40.000 tours/minute utilisée jusqu'ici un réglage suffisamment sensible de la vitesse de rotation était possible à l'aide du démarreur. Par suite de l'augmentation du rapport des vitesses de rotation obtenue grâce à l'invention, le réglage absolu de la vitesse de rotation n'est plus possible de la manière sensible indiquée pour la meme course de réglage du potentiomètre. Suivant un développement de l'invention on propose par conséquent que la valeur de tension du moteur échantillonnée soit commandée dans un circuit de distorsion d'amplitude de manière que les valeurs d'amplitude plur im- portantes soient transmises avec un affaiblissement plus important ou une amplification plus faible que les valeurs d'amplitude plus faibles. On s'efforce d'obtenir une distorsion logarithmique de manière qu'avec sensiblement la même course de réglage au niveau du potentiomètre, c'est-à-dire la même variation de la valeur de consigne, on obtienne sensiblement la même variation relative de la vitesse de rotation.
La réalisation simple du circuit de distorsion d'amplitude pour le cas présent peut être constituée par un circuit série de deux résistances et d'une diode auquel est appliquée la valeur de tension du moteur échantillonnée qui doit être distordue, la valeur de tension du moteur distordue étant prélevée à partir du circuit série partiel constitué par une résistance et la diode. La diode peut de préférence être une diode Zener.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention.
La figure 1 est un schéma de blocs du circuit de régulation pour le moteur ;
la figure 2 représente la dépendance vis-àvis du temps des impulsions de commutation pour le circuit rupteur et le circuit d'échantillonnage et de mémorisation ;
la figure 3 représente la dépendance vis-àvis du temps de la tension du moteur et de la force électromotrice du générateur ; et
la figure 4 represente la dépendance de la vitesse de rotation du moteur vis-à-vis de la tension de valeur de consigne, avec et sans circuit de correction.
la figure 2 représente la dépendance vis-àvis du temps des impulsions de commutation pour le circuit rupteur et le circuit d'échantillonnage et de mémorisation ;
la figure 3 représente la dépendance vis-àvis du temps de la tension du moteur et de la force électromotrice du générateur ; et
la figure 4 represente la dépendance de la vitesse de rotation du moteur vis-à-vis de la tension de valeur de consigne, avec et sans circuit de correction.
Sur la figure 1, l'électromoteur shunt à courant continu 1, qui est logé dans une pièce-à main dè dentisterie (non représentée), reçoit sa tension d'alimentation d'une source de tension commandable 2.
Un circuit rupteur 3, qui est commandé par un circuit de synchronisation 4, est monté dans le circuit de courant d'alimentation. Le circuit rupteur 3 interrompt le courant du moteur sous la forme d'une succession répétée d'impulsions. Le circuit de synchronisation 4 commande le circuit rupteur 3 avec une fréquence de répétition de 400 Hz, c'est-à-dire que l'interruption du courant du moteur a lieu 400 fois par seconde, c'est-à-dire à des intervalles de temps de 2500 iis. L'état de commutation du circuit rupteur 3 est représenté en traits pleins sur la figure 2. La durée d'interruption est faible par rapport à l'intervalle de temps entre les interruptions et est égale dans le cas présent à 300 ijs.
Comme on peut le voir sur la figure 3, la tension existant directement aux bornes du moteur 1 chute au début de l'interruption du courant du moteur et change tout d'abord de polarité par suite de la décroissance du champ jusqu'à ce qu'elle s'arrete à un niveau, correspondant à la vitesse de rotation réelle, ayant la même polarité que la tension du moteur dans l'état non interrompu. Cette faible tension, qui apparaît après la phase de décroissance du champ pendant le temps où le courant du moteur est interrompu, est la force élestromotrice de générateur que produit le moteur qui continue à tourner maintenant par suite de son inertie et qui agit comme un générateur.
Cette force électromotrice de générateur est directement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. Plus la vitesse de rotation du moteur est élevée plus la force électromotrice de générateur est élevée.
La force électromotrice de générateur est échantillonnée temporairement puis mémorisée après la fin de la phase de décroissance du champ, c'est-à-dire avec un certain retard par rapport au début de l'interruption du courant du moteur, par un circuit d'échantillonnage et de mémorisation 5, connu en général en tant que circuit d'échantillonnage et de maintien (S ample and Hold circuit ou circuit S et H).
L'instant d'échantillonnage et la durée d'échantillonnage sont de nouveau déterminés par le circuit de synchronisation 4 qui commande le circuit d'échantillonnage et de mémorisation 5. Chaque valeur de tension nouvellement échantillonnée est mémorisée, ce qui efface la valeur précédemment mémorisée. La fréquence d'échantillonnage est identique à la fréquence d'interruption, donc égale à 400 Hz. L'échantillonnage a lieu en synchronisme avec l'interruption de courant; et ce de manière que -comme mentionné- l'échantillonnage commence lorsque la phase de décroissance du champ est terminée et en même temps que se termine l'interruption du courant du moteur. La durée d'échantillonnage est choisie égale à 20 vs dans le cas présent. Elle est courte par rapport à la durée d'interruption.L'état de commutation du circuit d'échantillonnage et de mémorisation est représenté en pointillés sur la figure 2.
La tension mémorisée par le circuit d'échantillonnage et de mémorisation 5 est appliquée à un régulateur en tant que tension de valeur réelle. Comme tension de valeur de consigne, le régulateur 6 re çoit une tension produite par un démarreur 7. Le démarreur 7 est un potentiomètre linéaire, réglable à l'aide du pied, du genou ou des doigts, qui sert de diviseur de tension. Le régulateur 6 produit, à partir de la comparaison de la tension de valeur de consigne et de la tension de valeur réelle, une tension de régulation à l'aide de laquelle est regulée la source de tension commandable 2.Il s'agit ici d'un circuit de régulation série qui permet de faire varier la vitesse de régulation du moteur 1 sur une large gamme en réglant le démarreur 7, mais par contre maintient constante dans une large mesure la vitesse de rotation réglée une fois, même dans le cas de variations plus importantes de la charge.
Sur la figure 4, on voit qu'une gamme de vitesses de rotation allant de 1000 à 40.000 tours/ minute peut être couverte par le circuit de régulation suivant la figure 1. A cet effet, une variation de la tension de valeur de référence entre 1 et 10 V, à l'aide du démarreur 7, est nécessaire. Pour obtenir sensiblement les mêmes variations relatives de la vitesse dé rotation à l'aide des mêmes pas de variation de tension, c'est-à-dire des mêmes courses de réglage de l'élément d'actionnement au niveau du démarreur 7, un circuit de distorsion d'amplitude 8 est monté entre le moteur 1 et le circuit d'échantillonnage et de maintien 5. Celui-ci est constitué par un circuit série, comprenant deux résistances 9 et 10 et une diode Zener 11, qui est monté en parallèle sur le moteur 1. La valeur de tension pour le circuit d'échantillonnage et de mémorisation 5 est prélevée d'un circuit série partiel qui est formé par la résistance 10 et la diode Zener 11. L'effet du circuit de distorsion d'amplitude ressort de la figure 4.
Sans circuit de distorsion d'amplitude (courbe en trait continu), la vitesse de rotation du moteur dépend linéairement de la tension de valeur de consigne, par contre avec le circuit de distorsion d'amplitude à l'aide des mêmes variations de la valeur c'e ccrisigne on obtient (courbe en trait interrompu), une faible variation absolue de la vitesse de rotation dans la gamme inférieure de vitesses de rotation, comme dans la gamme supérieure de vitesses de rotation. De ce fait, une régulation plus sensible de la vitesse de rotation est possible pour le dentiste.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation de l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention.
Claims (5)
1. Pièce à main de dentisterie comportant un électromoteur shunt à courant continu dont la vitesse de rotation peut être modifiée au moyen d'une source de tension commandable, caractérisée par un circuit rupteur (3) disposé dans le circuit de courant du moteur (1), un circuit d'échantillonnage et de mémorisation (5) qui échantillonne et mémorise la tension du moteur, un circuit de régulation (6) pour la source de tension commandable (2) auquel sont appliquées une tension de commande en tant que valeur de consigne et la valeur de tension du moteur mémorisée par le circuit d'échantillonnage et de mémorisation (5), ainsi qu'un circuit de synchronisation (4) qui commande temporairement, de façon répétée, le circuit rupteur (3) pour interrompre le courant du moteur et le circuit d'échantillonnage et de mémorisation (5) avec un certain retard après le début de l'interruption du courant du moteur mais avant la fin de celle-ci, pour échantillonner la valeur de tension- du moteur.
2. Pièce à main de dentisterie suivant la revendication 1, caractérisée en ce que pour une tension d'alimentation maximale du moteur d'environ 24
V et un courant du moteur d'au maximum 5 A, pour une gamme de fréquences de répétition de 10 à 1000 Hz, la durée d'interruption pour le courant du moteur est dans la gamme allant de 250 à 500 ps et la durée d'échantillonnage est dans la gamme allant de 5 à 30 ps.
3. Pièce à main de dentisterie suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la valeur de tension du moteur échantillonné est commandée, dans un circuit de distorsion d'amplitude (8), de manière que des valeurs d'amplitude plus élevées soient transmises avec un affaiblissement plus élevé ou une amplification plus faible que des valeurs d'amplitude plus faibles.
4. Pièce à main de dentisterie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractéri- sée en ce que le circuit de distorsion d'amplitude (8) est constitué par un circuit série de deux résistances (9, 10) et d'une diode. (11) à laquelle est appliquée la valeur de tension du moteur échantillonnée qui doit être distordue, et que ia valeur de tension du moteur qui est distordue,est prélevée à partir du circuit série partiel, constitué par une résistance (10) et la diode (11).
5. Pièce à main de dentisterie suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la diode (11) est une diode Zener.
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