FR3102579A1 - Periodic motion actuator, balancing equipment provided with such an actuator and method of operating such equipment - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un actionneur (20) à mouvement périodique pour équipement de balancement à équilibre stable comprenant : - un moteur électrique (22) d’entraînement de l’actionneur selon un mouvement périodique sur une plage de mouvement, - un circuit de pilotage (40) d’une fréquence du mouvement périodique, connecté au moteur électrique (22), et - un circuit de mesure (82, 84) d’une consommation en énergie électrique du moteur, Le circuit de pilotage (40) est asservi au circuit de mesure d’une consommation en énergie électrique (82, 84) du moteur électrique (22) pour ajuster la fréquence du mouvement périodique à une valeur correspondant à une consommation en énergie électrique minimum du moteur électrique (22). L’invention concerne également un équipement de balancement (12) pourvu d’un tel actionneur, et un procédé de pilotage de l’équipement. Figure 3 The invention relates to a periodic motion actuator (20) for stable equilibrium swing equipment comprising: - an electric motor (22) for driving the actuator according to a periodic movement over a range of movement, - a control circuit (40) of a frequency of periodic movement, connected to the electric motor (22), and - a measurement circuit (82, 84) of the electrical energy consumption of the motor, The control circuit (40) is slaved to the circuit for measuring an electrical energy consumption (82, 84) of the electric motor (22) in order to adjust the frequency of the periodic movement to a value corresponding to a minimum electrical energy consumption of the electric motor (22). The invention also relates to balancing equipment (12) provided with such an actuator, and a method of controlling the equipment. Figure 3
Description
La présente invention concerne un actionneur à mouvement périodique, un équipement de balancement pourvu d’un tel actionneur, et un procédé de conduite d’un tel équipement.The present invention relates to a periodic motion actuator, a swing equipment provided with such an actuator, and a method for driving such equipment.
On entend par équipement de balancement tout équipement utilisable pour balancer ou bercer des personnes ou des animaux. Parmi de tels équipements on peut citer, à titre d’exemples, les balançoires, les balancelles, les sièges à bascule, les hamacs, les berceaux, les rocking-chairs, les fauteuils suspendus, les landaus avec les roues immobilisées et les sièges oscillants pour bébé. Il s’agit plus généralement d’équipements pouvant accueillir une ou plusieurs personnes, ou des animaux, et présentant une position d’équilibre stable. La position d’équilibre stable est une position atteinte lorsque le mouvement de balancement s’amortit en l’absence de sollicitation de l’équipement.Swinging equipment is any equipment that can be used to swing or rock people or animals. Examples of such equipment include swings, rocking chairs, rocking seats, hammocks, cradles, rocking chairs, hanging chairs, prams with immobilized wheels and rocking seats for baby. More generally, it is equipment that can accommodate one or more people, or animals, and has a stable position of equilibrium. The stable equilibrium position is a position reached when the rocking motion is damped in the absence of equipment stress.
L’invention trouve des applications pour la fabrication d’équipements de balancement mais aussi pour la motorisationa posteriorid’équipements de balancement existants.The invention finds applications for the manufacture of swinging equipment but also for the motorization a posteriori of existing swinging equipment.
Etat de la technique antérieureState of the prior art
Une illustration de l’état de la technique peut être donnée, par exemple, par les documents suivants :
- US2010/0151951
- WO2014/058694
- WO98/08582An illustration of the state of the art can be given, for example, by the following documents:
- US2010/0151951
- WO2014/058694
- WO98/08582
Ces documents décrivent des équipements de balancement, en particulier des balançoires et balancelles pour enfants pourvus d’un actionneur électrique. Les équipements sont pourvus d’un actionneur à moteur électrique et d’un certain nombre de capteurs et de moyens de contrôle du moteur, de manière à piloter l’amplitude ou la phase du mouvement de balancement.These documents describe swinging equipment, in particular swings and swings for children provided with an electric actuator. The equipment is provided with an electric motor actuator and a number of sensors and motor control means, so as to control the amplitude or phase of the swinging movement.
L’invention vise à proposer un actionneur, un équipement de balancement pourvu de l’actionneur, et un procédé de conduite d’un tel équipement permettant de maintenir l’équipement dans un mouvement oscillatoire susceptible de procurer un maximum de bien-être à l’utilisateur.The aim of the invention is to provide an actuator, swinging equipment provided with the actuator, and a method for driving such equipment making it possible to maintain the equipment in an oscillatory movement capable of providing maximum well-being to the user. 'user.
L’invention vise également à proposer un actionneur, un équipement de balancement pourvu de l’actionneur et d’un corps de balancement, et un procédé de conduite d’un tel équipement permettant de réduire l’énergie électrique consommée lors du fonctionnement.The invention also aims to provide an actuator, swinging equipment provided with the actuator and a swinging body, and a method of driving such equipment to reduce the electrical energy consumed during operation.
Un autre but de l’invention est de proposer un actionneur, et un procédé de conduite simplifiés, susceptibles d’être mis en œuvre soit dans le cadre de la motorisation d’équipements de balancement neufs soit dans la motorisation a posteriori d’équipements existants.Another object of the invention is to propose an actuator, and a simplified driving method, capable of being implemented either within the framework of the motorization of new balancing equipment or in the motorization a posteriori of existing equipment. .
Un autre but de l’invention est de proposer un actionneur et un procédé de conduite susceptibles d’être adaptés à très large variété d’équipements de balancement.Another object of the invention is to provide an actuator and a driving method that can be adapted to a very wide variety of swinging equipment.
Pour atteindre ces buts, l’invention propose plus précisément, un actionneur à mouvement périodique pour un équipement de balancement à équilibre stable comprenant :
un moteur électrique d’entraînement de l’actionneur selon un mouvement périodique sur une plage de mouvement,
un circuit de pilotage d’une fréquence du mouvement périodique, connecté au moteur électrique,
un circuit de mesure d’une consommation en énergie électrique du moteur électrique,
et dans lequel :
le circuit de pilotage est asservi au circuit de mesure d’une consommation en énergie électrique du moteur électrique pour ajuster la fréquence du mouvement périodique à une valeur correspondant à une consommation en énergie électrique minimum du moteur.To achieve these aims, the invention more specifically proposes a periodic motion actuator for a stable equilibrium swinging equipment comprising:
an electric motor for driving the actuator according to a periodic movement over a range of movement,
a periodic motion frequency control circuit, connected to the electric motor,
a circuit for measuring electrical energy consumption of the electric motor,
and in which:
the control circuit is slaved to the circuit for measuring electrical energy consumption of the electric motor to adjust the frequency of the periodic movement to a value corresponding to a minimum electrical energy consumption of the motor.
Sauf autre précision, le terme « périodique » est compris comme englobant à la fois les mouvements périodiques et les mouvements pseudo périodiques. Le caractère périodique ou pseudo-périodique dépendant essentiellement du régime transitoire ou permanent du mouvement oscillant.Unless otherwise specified, the term "periodic" is understood to encompass both periodic motions and pseudo-periodic motions. The periodic or pseudo-periodic character essentially depends on the transient or permanent regime of the oscillating movement.
En outre, le terme « périodique » est compris comme englobant à la fois les mouvements périodiques de type élastique, gravitaire, élastique et gravitaire combinés, avec frottements significatifs ou non.Further, the term "periodic" is understood to encompass both elastic, gravity, elastic and gravity combined periodic motions, with or without significant friction.
L’actionneur peut être l’un parmi un actionneur linéaire, un actionneur rotatif, et un actionneur pendulaire. Il peut ainsi comporter l’un parmi un moteur linéaire, un moteur rotatif et un moteur pendulaire. On entend par moteur linéaire un moteur électrique dont le mouvement est rectiligne ou un moteur dont le mouvement rotatif est transformé en un mouvement rectiligne par un mécanisme tel qu’un mécanisme de vis-écrou à billes, par exemple. On entend par moteur pendulaire un moteur pourvu d’un rotor dont la rotation est angulairement limitée à un arc de cercle inférieur à 360 degrés d’angle c’est-à-dire inférieur à un tour complet. Dans la suite de la description, les moteurs pendulaires et, par extension les actionneurs pendulaires, sont assimilés aux moteurs et actionneurs rotatifs.The actuator can be one of a linear actuator, a rotary actuator, and a pendulum actuator. It can thus comprise one of a linear motor, a rotary motor and a pendulum motor. A linear motor is understood to mean an electric motor whose motion is rectilinear or a motor whose rotary motion is transformed into rectilinear motion by a mechanism such as a ball screw-nut mechanism, for example. A pendulum motor is understood to mean a motor provided with a rotor whose rotation is angularly limited to an arc of a circle of less than 360 degrees of angle, i.e. less than one complete turn. In the remainder of the description, pendulum motors and, by extension, pendulum actuators, are assimilated to rotary motors and actuators.
Le mouvement d’un actionneur rotatif est périodique par essence, chaque tour complet du rotor ou chaque révolution correspondant à une période. La plage de mouvement de l’actionneur est dans ce cas une plage angulaire de 360 degrés d’angle. Comme indiqué plus loin, une plage angulaire de mouvement inférieure à 360 degrés est également envisagée. Dans le cas d’un actionneur pendulaire, ou d’un actionneur linéaire, le caractère périodique du mouvement peut résulter de son pilotage. En particulier, un actionneur linéaire peut être piloté pour effectuer des mouvements de va et vient périodiques sur une plage de mouvement linéaire. Un actionneur pendulaire peut être piloté pour effectuer un mouvement pendulaire sur une plage angulaire inférieure à 360 degrés d’angle.The motion of a rotary actuator is periodic in essence, with each complete revolution of the rotor or each revolution corresponding to a period. The range of movement of the actuator in this case is an angular range of 360 degrees of angle. As discussed below, an angular range of motion of less than 360 degrees is also contemplated. In the case of a pendular actuator, or a linear actuator, the periodic character of the movement can result from its piloting. In particular, a linear actuator can be driven to perform periodic reciprocating movements over a range of linear motion. A pendulum actuator can be driven to perform pendulum motion over an angular range less than 360 degrees of angle.
Le circuit de pilotage a notamment pour fonction de fixer la fréquence du mouvement périodique susceptible d’être exercé par l’actionneur sur un équipement de balancement. Cette fréquence est proportionnelle à la fréquence du mouvement périodique du moteur ou à la vitesse de rotation du moteur. Elle est comprise comme un nombre de mouvements d’aller-retour ou de va et vient par unité de temps pour un actionneur linéaire ou pendulaire, et comme un nombre de tours par unité de temps pour un actionneur rotatif.The control circuit has the particular function of fixing the frequency of the periodic movement likely to be exerted by the actuator on a swinging equipment. This frequency is proportional to the frequency of the periodic motion of the motor or the rotational speed of the motor. It is understood as a number of back and forth or back and forth movements per unit time for a linear or pendulum actuator, and as a number of revolutions per unit time for a rotary actuator.
Le circuit de pilotage est relié au moteur. En particulier, le circuit de pilotage peut comporter une alimentation électrique du moteur électrique. Il peut s’agir de l’une parmi une alimentation en continu et une alimentation séquentielle du moteur électrique. Dans le cas d’un actionneur rotatif l’alimentation du moteur peut être continue, et dans le cas d’un actionneur linéaire ou pendulaire l’alimentation peut être séquentielle. Par opposition à l’alimentation continue, qui est appliquée en continu sur la période du mouvement de l’actionneur, on entend par alimentation séquentielle une alimentation électrique qui n’est appliquée au moteur que sur une partie de la période de son mouvement ou une alimentation dont les caractéristiques changent au cours de la période du mouvement.The pilot circuit is connected to the motor. In particular, the control circuit may include an electric power supply for the electric motor. It can be one of a continuous power supply and a sequential power supply of the electric motor. In the case of a rotary actuator, the motor power supply can be continuous, and in the case of a linear or pendulum actuator, the power supply can be sequential. As opposed to the continuous power supply, which is applied continuously over the period of the movement of the actuator, by sequential power supply is meant an electrical power supply which is only applied to the motor over part of the period of its movement or a food whose characteristics change during the period of movement.
Pour un moteur rotatif synchrone à phases multiples, par exemple un moteur triphasé, le circuit de pilotage peut commander l’alimentation électrique fournissant les courants des différentes phases du moteur.For a multi-phase synchronous rotary motor, for example a three-phase motor, the driver circuit can control the power supply supplying the currents of the different phases of the motor.
Dans le cas particulier d’un actionneur rotatif, la fréquence est simplement liée à la vitesse de rotation du moteur. Pour un actionneur linéaire ou pendulaire, le circuit de pilotage peut avoir une double fonction de provoquer un mouvement périodique de va et vient et de fixer la fréquence de ce mouvement.In the particular case of a rotary actuator, the frequency is simply related to the rotational speed of the motor. For a linear or pendular actuator, the control circuit can have a double function of causing a periodic back and forth movement and of fixing the frequency of this movement.
L’alimentation électrique du moteur peut être en particulier une alimentation à accumulateur d’énergie. On entend par accumulateur d’énergie un accumulateur comprenant une ou plusieurs cellules de batterie ou une pile électrique. L’utilisation d’une alimentation électrique par secteur est également envisagée.The electrical power supply of the motor may in particular be an energy storage power supply. By energy accumulator is meant an accumulator comprising one or more battery cells or an electric cell. The use of a mains power supply is also envisaged.
Selon une caractéristique importante de l’invention, le circuit de pilotage est asservi à la consommation en énergie électrique du moteur de manière à ajuster la fréquence dans un sens faisant diminuer la consommation d’énergie électrique. En d’autres termes, le circuit de pilotage est programmé, pour déterminer un minimum de la consommation d’énergie électrique en fonction de la fréquence.According to an important feature of the invention, the control circuit is slaved to the electrical energy consumption of the motor so as to adjust the frequency in a direction that reduces the electrical energy consumption. In other words, the control circuit is programmed to determine a minimum of electrical energy consumption as a function of frequency.
Le minimum de la consommation d’énergie électrique est atteint lorsque l’équipement de balancement, entrainé par son actionneur, effectue un mouvement périodique de balancement à une fréquence égale, ou pour le moins très proche de sa fréquence de résonance. A cette fréquence, l’énergie électrique consommée se limite pour l’essentiel aux déperditions en énergie due aux frottements et aux dissipations d’énergie par effet Joule. Ainsi, dans la suite de la description, la fréquence du mouvement périodique correspondant à la consommation minimum d’énergie électrique est également désignée par « fréquence de résonance ».The minimum electrical energy consumption is reached when the swinging equipment, driven by its actuator, performs a periodic swinging movement at a frequency equal to, or at least very close to, its resonant frequency. At this frequency, the electrical energy consumed is essentially limited to energy losses due to friction and energy dissipation by Joule effect. Thus, in the rest of the description, the frequency of the periodic movement corresponding to the minimum consumption of electrical energy is also referred to as "resonance frequency".
L’influence de l’actionneur lui-même sur la fréquence de résonance, c’est-à-dire la fréquence requérant l’énergie de fonctionnement minimum, est infime ou nulle. A ce titre, elle est négligée.The influence of the actuator itself on the resonant frequency, i.e. the frequency requiring the minimum operating energy, is minimal or zero. As such, it is neglected.
La consommation en énergie électrique peut être déterminée en intégrant la puissance électrique absorbée par le moteur sur une ou plusieurs périodes d’oscillation. Dans le cas d’une alimentation électrique à tension constante, ou sensiblement constante, la consommation en énergie est proportionnelle au courant d’alimentation du moteur. Il suffit, dans ce cas, de mesurer le courant électrique consommé par le moteur. Il peut s’agir d’une mesure instantanée ou d’une mesure moyenne sur une ou plusieurs périodes. La fréquence peut alors être ajustée de manière à minimiser simplement le courant électrique d’alimentation du moteur.The electrical energy consumption can be determined by integrating the electrical power absorbed by the motor over one or more periods of oscillation. In the case of a constant or substantially constant voltage power supply, the energy consumption is proportional to the motor supply current. It suffices, in this case, to measure the electrical current consumed by the motor. It can be an instantaneous measurement or an average measurement over one or more periods. The frequency can then be adjusted so as to simply minimize the electric current supplying the motor.
Ainsi, le circuit de mesure d’une consommation électrique du moteur peut comporter un ou plusieurs ampèremètres permettant de mesurer le courant d’alimentation du moteur ou les courants d’alimentation des différentes phases du moteur, un voltmètre permettant de mesurer la tension d’alimentation, et éventuellement un ou plusieurs intégrateurs permettant de calculer un courant moyen ou une puissance moyenne sur une ou plusieurs périodes.Thus, the circuit for measuring electrical consumption of the motor may comprise one or more ammeters making it possible to measure the supply current of the motor or the supply currents of the various phases of the motor, a voltmeter making it possible to measure the voltage of power supply, and possibly one or more integrators making it possible to calculate an average current or an average power over one or more periods.
Le circuit de pilotage peut comporter une commande incrémentielle de la fréquence du mouvement périodique. On considère que le circuit de pilotage comprend une commande incrémentielle lorsqu’il est capable de faire varier la fréquence d’une quantité fixe constituant un incrément ou décrément selon que la fréquence est augmentée ou diminuée. La fréquence peut alors être ajustée de manière itérative dans le processus de recherche de la fréquence de résonance.The control circuit may comprise an incremental control of the frequency of the periodic movement. The driver circuit is considered to include incremental control when it is capable of varying the frequency by a fixed amount constituting an increment or decrement depending on whether the frequency is increased or decreased. The frequency can then be adjusted iteratively in the process of finding the resonant frequency.
De manière générale, la fréquence de mouvement périodique de l’actionneur peut être comprise dans une plage allant, de préférence, de 0,05Hz à 5 Hz. La recherche d’une fréquence correspondant à une consommation électrique minimum, peut avoir lieu dans cette plage.In general, the frequency of periodic movement of the actuator can be comprised in a range going, preferably, from 0.05 Hz to 5 Hz. The search for a frequency corresponding to a minimum electric consumption, can take place in this beach.
L’actionneur peut également comporter une commande d’amplitude de mouvement. On entend par commande d’amplitude une interface permettant à un utilisateur ou à un circuit de pilotage de régler ou de modifier l’amplitude linéaire ou angulaire du mouvement ou de la course effectué par l’actionneur. Cette commande a pour finalité de permettre à un utilisateur de choisir ou de contrôler, de manière induite, une amplitude du mouvement de balancement de l’équipement de balancement. La commande d’amplitude de course peut être mise en œuvre pour des actionneurs linéaires ou pendulaires ayant une amplitude de course réglable. L’amplitude de la course de l’actionneur est définie sur la plage de mouvement de l’actionneur et peut s’étendre sur tout ou partie de cette plage. La plage de mouvement est comprise comme l’amplitude maximum de la course de l’actionneur.The actuator may also include range of motion control. Amplitude control means an interface allowing a user or a control circuit to adjust or modify the linear or angular amplitude of the movement or travel performed by the actuator. The purpose of this command is to allow a user to choose or control, in an induced manner, an amplitude of the swinging movement of the swinging equipment. Stroke control can be implemented for linear or pendulum actuators with adjustable stroke. The amplitude of the actuator stroke is defined over the range of movement of the actuator and can extend over all or part of this range. The range of motion is understood as the maximum amplitude of the actuator stroke.
Il convient de préciser que l’amplitude de la course de l’actionneur peut être égale ou simplement proportionnelle à celle de l’équipement de balancement qu’il entraine. Cet aspect est encore décrit plus loin. La commande d’amplitude de course peut être mise à profit notamment lors de phases transitoires de démarrage ou d’arrêt d’un mouvement de balancement. La commande de l’amplitude de la course peut être réalisée de manière autonome par rapport à la recherche de la fréquence de résonance, correspondant à la consommation d’énergie électrique minimum.It should be noted that the amplitude of the stroke of the actuator can be equal or simply proportional to that of the swinging equipment it drives. This aspect is further described below. The stroke amplitude control can be used particularly during transient start or stop phases of a rocking movement. The control of the amplitude of the stroke can be carried out autonomously with respect to the search for the resonance frequency, corresponding to the consumption of minimum electrical energy.
Comme évoqué précédemment, l’invention concerne également un équipement de balancement pour des personnes ou des animaux, comprenant un corps de balancement à équilibre stable, un actionneur tel que décrit précédemment, et une transmission reliant le corps de balancement à l’actionneur.As mentioned above, the invention also relates to swinging equipment for people or animals, comprising a swinging body with stable balance, an actuator as described above, and a transmission connecting the swinging body to the actuator.
On entend par corps de balancement une partie mobile de l’équipement sur laquelle une ou plusieurs personnes, ou des animaux, peuvent prendre place. Le corps de balancement peut comporter, par exemple, l’un parmi un siège suspendu, un siège à bascule, une chaise berçante, un siège suspendu, un berceau à bascule, une balançoire, une balancelle de jardin, une escarpolette et un hamac.A swinging body means a moving part of the equipment on which one or more people, or animals, can sit. The swing body may comprise, for example, one of a hanging seat, a rocking seat, a rocking chair, a hanging seat, a rocking cradle, a swing, a garden swing, a swing chair and a hammock.
On considère que le corps de balancement est à équilibre stable lorsqu’en l’absence de sollicitation, il finit par occuper une position d’équilibre déterminée unique. Dans le cas d’un siège suspendu, il s’agit généralement de la position la plus basse. Il convient de préciser que la position d’équilibre stable peut varier légèrement lorsqu’une ou plusieurs personnes ont pris place sur le corps de balancement. Comme cela est décrit plus loin le pilotage de l’actionneur peut comporter un calage sur la position d’équilibre stable.The swinging body is considered to be in stable equilibrium when, in the absence of stress, it ends up occupying a single determined position of equilibrium. In the case of a suspended seat, this is usually the lowest position. It should be noted that the stable balance position may vary slightly when one or more people have taken place on the swing body. As described below, the piloting of the actuator may include a setting on the position of stable equilibrium.
Le corps de balancement est relié à l’actionneur par une transmission, c’est-à-dire un organe susceptible de transmettre tout ou partie du mouvement de l’actionneur au corps de balancement. La transmission peut comporter, par exemple, l’un parmi un lien rigide et un lien souple. Un lien rigide peut comporter, par exemple, une barre, une bielle, une chaine, et/ou un train d’engrenages. Dans ce cas, la transmission et dite « rigide ». La transmission rigide permet de transmettre quasiment tout le mouvement de l’actionneur vers le corps de balancement. En d’autres termes la transmission rigide permet de coupler l’actionneur au corps de balancement sur toute l’étendue de sa course, ou de la plage de mouvement.The sway body is connected to the actuator by a transmission, i.e. a device capable of transmitting all or part of the movement of the actuator to the sway body. The transmission may comprise, for example, one of a rigid link and a flexible link. A rigid link can include, for example, a bar, a connecting rod, a chain, and/or a gear train. In this case, the transmission is called "rigid". The rigid transmission makes it possible to transmit almost all the movement of the actuator to the swinging body. In other words, the rigid transmission allows the actuator to be coupled to the swing body over the full extent of its stroke, or range of motion.
La transmission peut également comporter un lien souple. Il s’agit, par exemple, d’une corde ou une sangle, élastiques ou non. Lorsqu’elle est pourvue d’un lien souple, la transmission est dite « souple ». Elle ne permet alors de ne transmettre vers le corps de balancement qu’une partie du mouvement de l’actionneur. Plus précisément, la transmission ne permet de coupler, dans ce cas, l’actionneur et le corps de balancement que sur une partie de la plage de mouvement ou de la course de l’actionneur.The transmission may also include a flexible link. It is, for example, a rope or a strap, elastic or not. When provided with a flexible link, the transmission is said to be "flexible". It then only allows part of the movement of the actuator to be transmitted to the swinging body. More precisely, the transmission only makes it possible to couple, in this case, the actuator and the swinging body over a part of the range of movement or of the stroke of the actuator.
La référence à une transmission rigide ou souple ne préjuge pas de l’existence ou non d’une composante élastique de la transmission.The reference to a rigid or flexible transmission does not prejudge the existence or not of an elastic component of the transmission.
La transmission peut également comporter un amplificateur d’amplitude. L’amplificateur d’amplitude a pour effet d’autoriser ou de provoquer des mouvements du corps de balancement dont l’amplitude excède celle de la course ou la plage de mouvement de l’actionneur. L’amplificateur d’amplitude peut comporter une démultiplication à pignons ou un simple bras de levier pivotant. Dans le cas d’un bras de levier pivotant, l’actionneur est relié au bras de levier à une distance plus faible du pivot que le corps de balancement.The transmission may also include an amplitude amplifier. The amplitude amplifier has the effect of allowing or inducing movements of the swing body whose amplitude exceeds that of the stroke or the range of movement of the actuator. The amplitude amplifier can have a gear reduction or a simple pivoting lever arm. In the case of a pivoting lever arm, the actuator is connected to the lever arm at a closer distance from the pivot than the swing body.
L’invention concerne enfin un procédé de conduite d’un équipement de balancement tel que décrit. Le procédé comprend :
un balayage de la fréquence du mouvement périodique sur une plage de fréquences,
la recherche, dans la plage de fréquences, d’une fréquence du mouvement périodique minimisant une consommation électrique du moteur électrique,
le pilotage de l’actionneur pour un actionnement du corps de balancement à la fréquence de mouvement périodique minimisant la consommation électrique du moteur électrique.The invention finally relates to a method for driving a swing equipment as described. The process includes:
a periodic motion frequency sweep over a range of frequencies,
the search, in the frequency range, for a frequency of the periodic movement minimizing an electrical consumption of the electric motor,
the control of the actuator for an actuation of the rocking body at the frequency of periodic movement minimizing the electrical consumption of the electric motor.
Le pilotage de l’actionneur avec la fréquence minimisant la consommation électrique du moteur, permet d’établir un régime stationnaire de balancement du corps de balancement.The control of the actuator with the frequency minimizing the electrical consumption of the motor, makes it possible to establish a steady state of swinging of the swinging body.
La recherche d’une fréquence du mouvement périodique minimisant la consommation électrique du moteur électrique de l’actionneur revient à accorder l’actionneur à la fréquence de résonance du corps de balancement. Plus précisément encore, ceci revient à accorder l’équipement de balancement, qui inclut l’actionneur, la transmission et le corps de balancement, à sa fréquence propre ou fréquence de résonance.The search for a frequency of the periodic movement minimizing the electrical consumption of the electric motor of the actuator amounts to tuning the actuator to the resonance frequency of the swinging body. Even more precisely, this amounts to tuning the swinging equipment, which includes the actuator, the transmission and the swinging body, to its natural frequency or resonant frequency.
La recherche de la fréquence de résonance peut avoir lieu dans une plage de fréquences limitée correspondant, par exemple, à la plage de fonctionnement prédéfinie de l’actionneur. Il s’agit, par exemple, de la plage précitée de 0,05Hz à 5 Hz. La recherche de la fréquence de résonnance peut avoir lieu de manière aléatoire, ou, de préférence en effectuant un balayage de la plage de fréquences considérée. Le balayage peut être, par exemple, un balayage à fréquences croissantes, en partant de la fréquence la plus basse de la plage de fréquence. En particulier, le balayage de la fréquence de mouvement périodique et la recherche d’une fréquence de mouvement périodique minimisant la consommation électrique du moteur électrique peut comporter les étapes suivantes :
a) la fixation d’une fréquence basse de mouvement périodique, la fréquence basse, faisant partie de la plage de fréquences de l’actionneur, la mesure d’une consommation électrique du moteur et l’enregistrement de la mesure comme consommation de référence,
b) l’augmentation, de la fréquence,
c) la mesure d’une nouvelle consommation électrique du moteur,
d) la comparaison de la nouvelle consommation électrique du moteur à la consommation de référence,
e) l’augmentation de la fréquence, si la nouvelle consommation électrique du moteur est inférieure à la consommation de référence,
f) l’enregistrement de la nouvelle consommation électrique comme consommation de référence,
g) itération des étapes c à f, jusqu’à la mesure d’une nouvelle consommation électrique du moteur supérieure à la consommation de référence.The search for the resonance frequency can take place in a limited frequency range corresponding, for example, to the predefined operating range of the actuator. This is, for example, the aforementioned range from 0.05 Hz to 5 Hz. The search for the resonance frequency can take place randomly, or, preferably by performing a sweep of the frequency range considered. The sweep can be, for example, a sweep at increasing frequencies, starting from the lowest frequency of the frequency range. In particular, the scanning of the periodic motion frequency and the search for a periodic motion frequency minimizing the electrical consumption of the electric motor can comprise the following steps:
a) the fixing of a low frequency of periodic movement, the low frequency, being part of the frequency range of the actuator, the measurement of an electrical consumption of the motor and the recording of the measurement as reference consumption,
b) the increase, in the frequency,
c) the measurement of a new electrical consumption of the motor,
d) comparison of the new electrical consumption of the motor with the reference consumption,
e) the increase in frequency, if the new electrical consumption of the motor is lower than the reference consumption,
f) the recording of the new electricity consumption as reference consumption,
g) iteration of steps c to f, until the measurement of a new electrical consumption of the motor greater than the reference consumption.
Lorsque la nouvelle consommation électrique du moteur devient supérieure à la consommation de référence, la fréquence de résonance vient d’être dépassée. Il est alors possible d’établir un mouvement oscillant stationnaire à la fréquence à laquelle la consommation de référence a été mesurée.When the new electrical consumption of the motor becomes higher than the reference consumption, the resonant frequency has just been exceeded. It is then possible to establish a stationary oscillating movement at the frequency at which the reference consumption was measured.
De préférence,l’augmentation de la fréquence peut être opérée selon un incrément fixe. Ceci revient à faire une recherche de la fréquence de résonnance par itération et par valeurs discrètes. La valeur de l’incrément détermine dans ce cas la finesse ou la précision avec laquelle la fréquence de résonance est établie.Preferably , the increase in frequency can be operated in a fixed increment. This amounts to searching for the resonance frequency by iteration and by discrete values. The value of the increment determines in this case the smoothness or precision with which the resonant frequency is established.
D’autres méthodes de balayage de la plage de fréquences, par exemple un balayage continu, ou une pluralité de balayages successifs partiels avec des précisions croissantes, peuvent également être envisagés.Other methods of scanning the frequency range, for example a continuous scan, or a plurality of partial successive scans with increasing precision, can also be considered.
Selon une autre particularité de l’invention, le procédé peut être mis en œuvre pour un équipement pourvu d’une commande d’amplitude du mouvement. Dans ce cas, le procédé peut comporter une phase d’augmentation incrémentielle d’une amplitude du mouvement périodique pour atteindre une amplitude de consigne. La valeur de consigne peut être préréglée ou programmable par un utilisateur de l’équipement. L’amplitude du mouvement périodique s’entend comme l’amplitude de la course de l’actionneur sur sa plage de mouvement. En raison de la transmission elle peut également être liée à une amplitude du corps de balancement.According to another feature of the invention, the method can be implemented for equipment provided with a motion amplitude control. In this case, the method may include a phase of incremental increase of an amplitude of the periodic movement to reach a setpoint amplitude. The setpoint can be preset or programmable by a user of the equipment. The amplitude of the periodic movement is understood as the amplitude of the stroke of the actuator over its range of movement. Due to transmission it can also be related to an amplitude of body sway.
L’augmentation incrémentielle et progressive de l’amplitude du mouvement et de sa fréquence permet d’atteindre la fréquence de résonance et l’amplitude de consigne avec un maximum de confort pour l’utilisateur.The incremental and progressive increase in the amplitude of the movement and its frequency makes it possible to reach the resonance frequency and the set amplitude with maximum comfort for the user.
Il convient de noter que l’augmentation incrémentielle et progressive de l’amplitude du mouvement peut avoir lieu, avant la recherche de la fréquence de résonance, après avoir recherché la fréquence de résonance, de manière alternée avec la recherche de la fréquence de résonance ou de manière concomitante avec la recherche de la fréquence de résonance.It should be noted that the incremental and gradual increase in the amplitude of the movement can take place, before the search for the resonant frequency, after having searched for the resonant frequency, alternately with the search for the resonant frequency or concomitantly with the search for the resonant frequency.
De manière avantageuse, le procédé peut comporter une phase préliminaire de détermination si la transmission est une transmission à lien souple ou une transmission à lien rigide, la détermination comprenant une comparaison de courants de traction et de courants de poussée de l’actionneur lors du mouvement périodique, les courants de traction et de poussée étant mesurés sur des alternances distinctes du mouvement périodique de l’actionneur.Advantageously, the method may include a preliminary phase of determining whether the transmission is a flexible link transmission or a rigid link transmission, the determination comprising a comparison of traction currents and thrust currents of the actuator during the movement periodic, the pulling and pushing currents being measured on distinct alternations of the periodic movement of the actuator.
On considère que la transmission est rigide, c’est-à-dire à lien rigide, lorsque le mouvement de l’actionneur et le mouvement du corps de balancement sont liés sur l’ensemble d’une période ou d’une course du mouvement périodique. A l’inverse, on considère que la transmission est souple, c’est-à-dire à lien souple, lorsque le mouvement de l’actionneur et le mouvement du corps de balancement sont liés sur une partie seulement d’une période ou de la course du mouvement périodique.It is considered that the transmission is rigid, that is to say with rigid link, when the movement of the actuator and the movement of the swinging body are linked over the whole of a period or a stroke of the movement periodic. Conversely, it is considered that the transmission is flexible, that is to say with flexible link, when the movement of the actuator and the movement of the rocking body are linked over only part of a period or of the stroke of the periodic motion.
On entend par course du mouvement périodique la partie du mouvement qui se reproduit égale à elle-même au cours de chaque période. La course peut correspondre à la plage de mouvement de l’actionneur ou à une partie de la plage de mouvement de l’actionneur.By course of the periodic motion is meant the part of the motion which is reproduced equal to itself during each period. The stroke can be the range of motion of the actuator or part of the range of motion of the actuator.
On entend par alternance une partie du mouvement s’effectuant dans le même sens dans le cas d’un mouvement de va et vient, ou d’aller-retour d’un actionneur linéaire ou pendulaire. Dans le cas d’un mouvement rotatif, une alternance est considérée comme un demi-tour. Typiquement la course de l’actionneur présente deux alternances et un point médian séparant les deux alternances. Le point médian peut être un point d’inversion du sens de la course dans un mouvement de va et vient.By alternation we mean part of the movement taking place in the same direction in the case of a back and forth movement, or back and forth of a linear or pendular actuator. In the case of a rotary movement, an alternation is considered as a half turn. Typically the stroke of the actuator has two alternations and a midpoint separating the two alternations. The midpoint can be a point of reversal of the direction of travel in a back and forth movement.
Comme le mouvement de l’actionneur est lié à celui du corps de balancement les termes de période, d’alternance et de course, définis pour l’actionneur, s’entendent comme qualifiant également le mouvement du corps de balancement, sauf précision contraire.As the movement of the actuator is linked to that of the swinging body, the terms of period, alternation and travel, defined for the actuator, are understood as also qualifying the movement of the swinging body, unless otherwise specified.
Des courants de traction et/ou de poussée absorbés par le moteur électrique de l’actionneur peuvent être mesurés sur des alternances distinctes du mouvement périodique de l’actionneur. Comme indiqué ci-dessus, pour un actionneur linéaire, les deux alternances peuvent correspondre à l’aller et au retour d’un mouvement de type va et vient dans la plage de mouvement de l’actionneur. Les courants de traction et de poussée s’entendent ainsi comme des courants mesurés lors d’une phase de traction et de poussée, respectivement.Traction and/or thrust currents absorbed by the electric motor of the actuator can be measured on distinct alternations of the periodic movement of the actuator. As indicated above, for a linear actuator, the two alternations can correspond to the outward and return movement of a back and forth type movement within the range of movement of the actuator. The pulling and pushing currents are thus understood as currents measured during a pulling and pushing phase, respectively.
Le courant de traction, de même que le courant de poussée peuvent être compris soit comme des courants d’alimentation électrique maximum absorbés par l’actionneur respectivement sur l’alternance considérée, ou comme des courants moyens sur l’alternance considérée.The traction current, as well as the thrust current can be understood either as maximum power supply currents absorbed by the actuator respectively on the considered alternation, or as average currents on the considered alternation.
Lorsque le courant de traction et le courant de poussée sont d’amplitude identique ou pour le moins du même ordre de grandeur, on considère que la traction est rigide. L’actionneur fonctionne en traction et en poussée, et son mouvement est transmis au corps de balancement sur les deux alternances d’une période du mouvement périodique.When the traction current and the thrust current are of identical amplitude or at least of the same order of magnitude, the traction is considered to be rigid. The actuator works in traction and in thrust, and its movement is transmitted to the rocking body over the two alternations of a period of the periodic movement.
Lorsqu’en revanche l’un parmi le courant de traction et le courant de poussée est très faible par rapport à l’autre du courant de traction et du courant de poussée, on considère que la transmission est une transmission souple. Il s’agit, par exemple, d’une corde ou d’une sangle qui tire le corps de balancement sur l’une des alternances et qui est lâche sur l’autre alternance de la période du mouvement périodique.When, on the other hand, one of the traction current and the thrust current is very low compared to the other of the traction current and the thrust current, the transmission is considered to be a flexible transmission. This is, for example, a rope or a strap that pulls the swinging body on one of the alternations and is loose on the other alternation of the period of the periodic movement.
Dans le cas d’une transmission souple, le courant sur l’une des alternances ou sur une partie de l’une des alternances est typiquement égal au courant à vide de l’actionneur c’est-à-dire égal au courant consommé en l’absence de charge.In the case of a flexible transmission, the current on one of the alternations or on part of one of the alternations is typically equal to the no-load current of the actuator, that is to say equal to the current consumed in the lack of load.
Dans le cas d’un équipement de balancement comprenant un actionneur à point médian de course réglable, le procédé peut comporter une phase de réglage du point médian de la course de l’actionneur sur une position de repos du corps de balancement. La position de repos correspond à la position d’équilibre stable.In the case of swinging equipment comprising an actuator with an adjustable stroke midpoint, the method may include a phase for adjusting the midpoint of the stroke of the actuator to a rest position of the swinging body. The position of rest corresponds to the position of stable equilibrium.
On considère que l’actionneur présente un point médian de course réglable lorsque le point d’inversion du sens du mouvement ou un point médian de la course de l’actionneur peut être déplacé sur la plage de mouvement de l’actionneur. Dans le cas d’un actionneur linéaire, le point médian correspond de préférence au point d’inversion du sens du mouvement. Dans le cas d’un actionneur rotatif, le point médian est considéré comme la position de l’actionneur coïncidant avec le corps de balancement en position d’équilibre. Dans le cas d’un actionneur électrique, le réglage du point médian peut avoir lieu par l’intermédiaire du circuit de pilotage de l’actionneur.The actuator is considered to have an adjustable midpoint of travel when the point of reversal of direction of motion or a midpoint of actuator travel can be moved through the range of motion of the actuator. In the case of a linear actuator, the midpoint preferably corresponds to the point of reversal of the direction of movement. In the case of a rotary actuator, the midpoint is considered to be the position of the actuator coinciding with the swing body in the equilibrium position. In the case of an electric actuator, the adjustment of the midpoint can take place via the pilot circuit of the actuator.
Lorsque l’équipement de balancement comprend une transmission rigide, la phase de réglage peut comporter, la mesure des courants d’alimentation électrique de poussée et de traction de l’actionneur lors de phases de traction et/ou de poussée lors du mouvement périodique, et le déplacement du point médian de la course de l’actionneur dans un sens réduisant un écart entre le courant d’alimentation de poussée et de traction.When the swinging equipment includes a rigid transmission, the adjustment phase may include measuring the thrust and traction electrical supply currents of the actuator during the traction and/or thrust phases during the periodic movement, and moving the midpoint of the actuator stroke in a direction that reduces a gap between the push and pull supply current.
La phase de réglage s’achève lorsque le courant de poussée est égal au courant de traction ou lorsque l’écart entre le courant de poussée et de traction est inférieur à une valeur définie. Le courant de poussée et le courant de traction s’entendent soit comme des courants instantanés soit comme des courants moyens sur les phases de traction et de poussée du mouvement périodique.The adjustment phase ends when the pushing current is equal to the pulling current or when the difference between the pushing and pulling current is less than a defined value. The pushing current and the pulling current are understood either as instantaneous currents or as average currents over the pulling and pushing phases of the periodic motion.
Lorsque la puissance maximum du moteur est insuffisante pour équilibrer les courants de traction et de poussée, ou pour atteindre la fréquence de résonance, un signal peut être émis pour inviter l’utilisateur à effectuer manuellement un réglage de la transmission entre l’actionneur et le corps de balancement. Une telle opération peut être nécessaire lorsqu’un actionneur est associé à un corps de balancement qui en était initialement dépourvu.When the maximum motor power is insufficient to balance the pulling and pushing currents, or to reach the resonance frequency, a signal can be emitted to prompt the user to manually adjust the transmission between the actuator and the swing body. Such an operation may be necessary when an actuator is associated with a rocking body which was initially devoid of it.
Dans le cas où l’équipement de balancement comprend une transmission souple, la phase de réglage du point médian de la course de l’actionneur peut comporter la détermination d’une position de la plage de mouvement de l’actionneur à partir de laquelle un courant d’alimentation de l’actionneur dépasse un courant d’alimentation à vide et le déplacement du point médian de la course de l’actionneur vers cette position.In the case where the swinging equipment comprises a flexible transmission, the adjustment phase of the midpoint of the stroke of the actuator may comprise the determination of a position of the range of movement of the actuator from which a Actuator supply current exceeds no-load supply current and moving the midpoint of actuator travel to that position.
Le courant d’alimentation à vide est le courant consommé par l’actionneur en mouvement lorsqu’il n’entraine aucune charge. Ce courant s’établit sur une partie de la course de l’actionneur dans laquelle la transmission souple est relâchée et n’exerce pas de force sur le corps de balancement. Le courant croît en revanche brusquement dès que la transmission souple transmet le mouvement de l’actionneur au corps de balancement.The no-load supply current is the current drawn by the moving actuator when it is not driving any load. This current is established on a part of the travel of the actuator in which the flexible transmission is released and does not exert a force on the swinging body. On the other hand, the current increases suddenly as soon as the flexible transmission transmits the movement of the actuator to the swinging body.
Lorsque le courant d’alimentation de l’actionneur demeure égal au courant d’alimentation à vide sur toute la plage de mouvement de l’actionneur, un signal peut également être émis pour avertir l’utilisateur que la transmission est trop lâche.When the actuator supply current remains equal to the no-load supply current throughout the actuator's range of motion, a signal can also be output to warn the user that the transmission is too loose.
Le procédé peut en encore comporter le pilotage de l’actionneur selon différents profils de vitesse et la recherche d’un profil de vitesse minimisant la consommation électrique du moteur. On entend par profil de vitesse une courbe d’évolution de la vitesse de l’actionneur par rapport au temps. Quel que soit l’équipement, cette courbe n’est jamais une droite puisque la vitesse est presque nulle à proximité des points d’inversion de sens et est maximale au passage du point médian. Un profil de vitesse pour un équipement à mouvement purement élastique peut être, par exemple, une pure sinusoïde. Le profil de vitesse peut être adapté notamment lorsque le mouvement de balancement met en jeu des frottements significatifs, des forces de rappel élastiques ou des couples de rappel élastiques.The method may also include the control of the actuator according to different speed profiles and the search for a speed profile that minimizes the electrical consumption of the motor. By speed profile, we mean a curve of the evolution of the speed of the actuator with respect to time. Whatever the equipment, this curve is never a straight line since the speed is almost zero near the points of reversal of direction and is maximum when passing the midpoint. A velocity profile for equipment with purely elastic motion can be, for example, a pure sinusoid. The speed profile can be adapted in particular when the rocking movement involves significant friction, elastic restoring forces or elastic restoring torques.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortent de la description qui suit en référence aux figures des dessins. Cette description est donnée à titre illustratif et non limitatif.Other characteristics and advantages of the invention emerge from the following description with reference to the figures of the drawings. This description is given for illustrative and non-limiting purposes.
Brève description des figuresBrief description of figures
La figure 1 est une représentation schématique d’un équipement de balancement conforme à l’invention pourvu d’un actionneur rotatif et d’une transmission rigide, avec une amplitude non réglable.Figure 1 is a schematic representation of a balancing equipment according to the invention provided with a rotary actuator and a rigid transmission, with a non-adjustable amplitude.
La figure 2 est une représentation schématique d’un équipement de balancement conforme à l’invention pourvu d’un actionneur linéaire, d’un amplificateur d’amplitude, et d’une transmission souple.Figure 2 is a schematic representation of a balancing equipment according to the invention provided with a linear actuator, an amplitude amplifier, and a flexible transmission.
La figure 3 est une représentation schématique d’un équipement de balancement montrant un actionneur de l’équipement et un circuit de pilotage de l’actionneur.Figure 3 is a schematic representation of swing equipment showing an equipment actuator and an actuator drive circuit.
La figure 4 est un logigramme illustrant un exemple de mise en œuvre d’un procédé de conduite de l’équipement.Figure 4 is a flowchart illustrating an example of implementation of an equipment control method.
La figure 5 est un logigramme plus détaillé illustrant des perfectionnements du procédé de conduite.FIG. 5 is a more detailed flowchart illustrating improvements to the driving method.
La figure 6 est une représentation graphique d’un premier profil de vitesse pour l’équipement de balancement.Figure 6 is a graphical representation of a first velocity profile for the swing equipment.
La figure 7 est une représentation graphique d’un deuxième profil de vitesse pour l’équipement de balancement.Figure 7 is a graphical representation of a second velocity profile for the swing equipment.
Les figures sont représentées en échelle libreThe figures are represented in free scale
Description détaillée de modes de mise en œuvre de l’inventionDetailed description of embodiments of the invention
Dans la description qui suit, des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures sont repérés avec les mêmes signes de référence de manière à pouvoir se reporter d’une figure à l’autre.In the following description, identical, similar or equivalent parts of the various figures are marked with the same reference signs so as to be able to refer from one figure to another.
La figure 1 montre un équipement de balancement 10 pourvu d’un corps de balancement 12 sous la forme d’une chaise à bascule 12a. Par simplification les différents organes de l’équipement et en particulier la chaise à bascule ne sont pas représentés selon une échelle uniformeFigure 1 shows swinging equipment 10 provided with a swinging body 12 in the form of a rocking chair 12a. For simplicity, the various parts of the equipment and in particular the rocking chair are not represented according to a uniform scale.
La chaise à bascule présente une position d’équilibre stable qui est la position occupée en l’absence de sollicitation. La position d’équilibre stable est représentée en trait mixte.The rocking chair has a stable equilibrium position which is the position occupied in the absence of stress. The stable equilibrium position is represented by a dashed line.
L’équipement comprend également un actionneur 20 pour provoquer le balancement périodique du corps de balancement. Dans l’exemple de la figure 1 l’actionneur comprend un moteur électrique 22, représenté symboliquement en trait discontinu. Il est pourvu d’un arbre de sortie avec une poulie 24. L’actionneur est un actionneur rotatif à moteur rotatif. La poulie 24 entraîne une roue à manivelle 26 par l’intermédiaire d’une courroie. Enfin, la roue à manivelle 26 est reliée au corps de balancement 12 par une bielle 28. Une extrémité de la bielle 28 est montée à pivot sur un maneton de la roue à manivelle 26, tandis que l’extrémité opposée de la bielle est montée à pivot sur le corps de balancement, c’est-à-dire sur la chaise à bascule 12a.The equipment also includes an actuator 20 to cause periodic swinging of the swinging body. In the example of Figure 1 the actuator comprises an electric motor 22, represented symbolically in broken lines. It has an output shaft with a pulley 24. The actuator is a rotary actuator with a rotary motor. Pulley 24 drives a crank wheel 26 via a belt. Finally, the crank wheel 26 is connected to the swing body 12 by a connecting rod 28. One end of the connecting rod 28 is pivotally mounted on a crank pin of the crank wheel 26, while the opposite end of the connecting rod is mounted pivoting on the rocking body, that is to say on the rocking chair 12a.
La roue à manivelle 26 et la bielle 28 constituent une transmission 30 reliant le corps de balancement 12 à l’actionneur 20. Il s’agit d’une transmission rigide, ou à lien rigide. Le caractère rigide de la transmission se traduit par le fait que le mouvement de l’actionneur et le mouvement du corps de bascule sont liés sur une période entière du mouvement.The crank wheel 26 and the connecting rod 28 constitute a transmission 30 connecting the swinging body 12 to the actuator 20. This is a rigid transmission, or rigid link. The rigid nature of the transmission results in the fact that the movement of the actuator and the movement of the rocker body are linked over an entire period of the movement.
Dans le cas de l’exemple décrit en référence à la figure 1, la roue à manivelle 26 constitue un amplificateur de mouvement. On considère que la période du mouvement de basculement correspond ici à un aller-retour complet de la chaise à bascule et à une rotation de 360 degrés d’angle de la roue à manivelle 26. La période du mouvement correspond dans ce cas à plusieurs rotations du la poulie 24.In the case of the example described with reference to Figure 1, the crank wheel 26 constitutes a motion amplifier. It is considered that the period of the rocking movement corresponds here to a complete round trip of the rocking chair and to a rotation of 360 degrees of angle of the crank wheel 26. The period of the movement corresponds in this case to several rotations of the pulley 24.
Un circuit de pilotage 40 de l’actionneur 20 est représenté en trait discontinu. Il permet de modifier la vitesse de rotation du moteur 22 et ainsi de changer la fréquence du mouvement périodique, c’est-à-dire la fréquence de basculement de la chaise à bascule 12a. La fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation.A control circuit 40 of the actuator 20 is shown in broken lines. It makes it possible to modify the speed of rotation of the motor 22 and thus to change the frequency of the periodic movement, that is to say the frequency of tilting of the rocking chair 12a. The frequency is proportional to the speed of rotation.
La figure 2 illustre une autre possibilité de mise en œuvre de l’invention pour l’actionnement d’une balançoire. Le corps de balancement 12 comprend ici un siège suspendu 12b. Un actionneur 20 est monté sur un support 50. IL s’agit d’un actionneur linéaire sous la forme d’un vérin électrique comprenant un moteur 22. Le vérin électrique présente un bras 52 capable d’effectuer des mouvements de va et vient périodiques en s’allongeant hors du corps du vérin et en se rétractant à l’intérieur du corps du vérin. La course du vérin est considérée comme présentant deux alternances correspondant respectivement à l’allongement et la rétractation du bras 52. Ce mouvement périodique est mis à profit pour entrainer le corps de balancement 12.Figure 2 illustrates another possible implementation of the invention for the actuation of a swing. The rocking body 12 here comprises a suspended seat 12b. An actuator 20 is mounted on a support 50. It is a linear actuator in the form of an electric cylinder comprising a motor 22. The electric cylinder has an arm 52 capable of performing periodic back and forth movements by extending out of the cylinder body and retracting inside the cylinder body. The cylinder stroke is considered to have two alternations corresponding respectively to the extension and retraction of the arm 52. This periodic movement is used to drive the swinging body 12.
Le bras 52 de l’actionneur 20 est monté à pivot sur un levier 54 à distance de ses extrémités. Une première extrémité du levier 54 est articulé sur le support 50 tandis qu’une deuxième extrémité libre du levier, opposée à la première extrémité, est reliée au corps de balancement 12 par l’intermédiaire d’une sangle 58. Le levier 54 constitue un amplificateur de mouvement.Arm 52 of actuator 20 is pivotally mounted on a lever 54 remote from its ends. A first end of the lever 54 is articulated on the support 50 while a second free end of the lever, opposite the first end, is connected to the rocking body 12 via a strap 58. The lever 54 constitutes a motion enhancer.
Une transmission 30 entre l’actionneur et le corps de balancement comprend le levier 54 et la sangle 58. La sangle, ou éventuellement une cordelette remplaçant la sangle sont souples. Aussi la transmission 30 est ici une transmission souple. Ceci se traduit par le fait que seule une partie du mouvement de l’actionneur est transmise au corps de balancement.A transmission 30 between the actuator and the swinging body comprises the lever 54 and the strap 58. The strap, or possibly a cord replacing the strap, are flexible. Also the transmission 30 is here a flexible transmission. This results in the fact that only a part of the movement of the actuator is transmitted to the rocking body.
Plus précisément, lorsque le bras 52 de l’actionneur s’allonge en sortant du corps du vérin, le levier 54 pivote en direction du corps de balancement. Lors de ce mouvement la sangle n’est pas tendue et aucune force n’est transmise au corps de balancement 12. Le corps de balancement 12 peut alors balancer librement en s’écartant de l’actionneur comme le montre la figure 2 en trait plein. Inversement, lorsque le bras de l’actionneur entre dans le corps du vérin, la sangle devient tendue et tire le corps de balancement 12 en direction du vérin. Cette alternance du mouvement est représentée en trait discontinu. Dans la suite de la description elle est désignée par « alternance de traction » par opposition à « l’alternance libre » dans laquelle la sangle n’est pas tendue.More precisely, when the arm 52 of the actuator extends out of the cylinder body, the lever 54 pivots in the direction of the swing body. During this movement the strap is not stretched and no force is transmitted to the swinging body 12. The swinging body 12 can then swing freely away from the actuator as shown in FIG. . Conversely, when the arm of the actuator enters the cylinder body, the strap becomes taut and pulls the swing body 12 in the direction of the cylinder. This alternation of movement is represented by a broken line. In the rest of the description it is referred to as "traction alternation" as opposed to "free alternation" in which the strap is not taut.
L’actionneur est pourvu d’un circuit de pilotage indiqué symboliquement avec la référence 40. Il permet de piloter le fonctionnement de l’actionneur 20. Plus précisément le circuit de pilotage permet :
- de provoquer le mouvement périodique de va et vient de l’actionneur, c’est-à-dire du bras du vérin,
- d’ajuster la fréquence du mouvement,
- d’ajuster l’amplitude du mouvement c’est-à-dire l’amplitude d’une course 60 de l’actionneur, et plus précisément du bras 52 du vérin sur une plage de mouvement 62 du vérin,
- d’ajuster, sur la plage de mouvement 62, un point médian 64 de la course 60 de l’actionneur séparant les deux alternances de la course.
Accessoirement le circuit de pilotage peut également être mis à profit pour :
- détecter le type de liaison, souple ou rigide
- appliquer un mouvement périodique suivant plusieurs profils de vitesse.The actuator is provided with a control circuit indicated symbolically with the reference 40. It makes it possible to control the operation of the actuator 20. More precisely, the control circuit makes it possible:
- to cause the periodic back and forth movement of the actuator, that is to say of the cylinder arm,
- to adjust the frequency of the movement,
- to adjust the amplitude of the movement, that is to say the amplitude of a stroke 60 of the actuator, and more precisely of the arm 52 of the cylinder over a range of movement 62 of the cylinder,
- To adjust, on the range of movement 62, a midpoint 64 of the stroke 60 of the actuator separating the two alternations of the stroke.
Incidentally, the control circuit can also be used for:
- detect the type of connection, flexible or rigid
- apply a periodic movement according to several speed profiles.
Un circuit de pilotage simplifié peut également être retenu de manière à ne piloter qu’une partie des paramètres précités.A simplified control circuit can also be selected so as to control only part of the aforementioned parameters.
Le pilotage de certains paramètres du fonctionnement peut prendre en compte des commandes de l’utilisateur. Dans l’exemple de la figure 2 une interface à télécommande 42 est en lien avec le circuit de pilotage 40 de manière à permettre à un utilisateur de saisir, par exemple l’amplitude du mouvement, et donc l’amplitude du balancement en régime stationnaire. La télécommande 42 fait partie d’une commande de l’amplitude du mouvement.The control of certain operating parameters can take user commands into account. In the example of Figure 2 a remote control interface 42 is linked to the control circuit 40 so as to allow a user to enter, for example the amplitude of the movement, and therefore the amplitude of the swing in steady state . Remote 42 is part of a range of motion control.
Sur la figure 2, la course 60 de l’actionneur, la plage de mouvement 62 et le point médian 64 sont représentés symboliquement. Le point médian 64 de la course 60 de l’actionneur est le point équidistant entre les positions que l’extrémité du bras 52 de l’actionneur 20 occupe aux limites de la course 60 de l’actionneur 20, c’est-à-dire lorsque le bras est complètement étendu ou complètement rétracté. Le point médian 64 correspond de préférence également au milieu de la plage de mouvement 62.In Figure 2, actuator stroke 60, range of motion 62, and midpoint 64 are shown symbolically. The midpoint 64 of the stroke 60 of the actuator is the point equidistant between the positions that the end of the arm 52 of the actuator 20 occupies at the limits of the stroke 60 of the actuator 20, i.e. say when the arm is fully extended or fully retracted. The midpoint 64 preferably also corresponds to the middle of the range of motion 62.
Le point médian 64 peut être réglé par exemple de manière à correspondre à la position d’équilibre du corps de balancement 12, c’est-à-dire lorsque le siège suspendu 12b est dans sa position la plus basse.The midpoint 64 can be adjusted, for example, to correspond to the equilibrium position of the swing body 12, i.e. when the suspended seat 12b is in its lowest position.
L’amplitude maximum du mouvement de balancement est atteinte lorsque la course 60 de l’actionneur est réglée au maximum pour être égale à la plage de mouvement 62 de l’actionneur, c’est-à-dire à la course maximum de l’actionneur ou du vérin constituant l’actionneur.The maximum amplitude of the rocking motion is achieved when the 60 stroke of the actuator is set to the maximum to be equal to the range of motion 62 of the actuator, i.e. the maximum stroke of the actuator or cylinder constituting the actuator.
Tout en effectuant un mouvement périodique, l’actionneur 20 ne présente pas nécessairement une vitesse de mouvement constante au cours d’une période. Par exemple une vitesse de déplacement du bras plus grande peut être prévue lors de l’alternance libre, de manière à ne pas risquer d’entraver le mouvement de balancement, tandis qu’une vitesse de déplacement plus faible peut être prévue pendant l’alternance de traction.While performing periodic motion, the actuator 20 does not necessarily exhibit a constant motion speed over a period. For example, a higher movement speed of the arm can be provided during the free alternation, so as not to risk hindering the swinging movement, while a lower movement speed can be provided during the alternation. of traction.
Il convient de préciser qu’un type particulier d’actionneur n’est pas lié à un type particulier de corps de balancement. Les actionneurs 20 des équipements des figures 1 et 2 sont interchangeables.It should be clarified that a particular type of actuator is not tied to a particular type of swing body. The actuators 20 of the equipment of FIGS. 1 and 2 are interchangeable.
La figure 3 montre de manière schématique un équipement conforme à l’invention ainsi que les principaux organes faisant partie du circuit de pilotage 40 de l’actionneur.Figure 3 schematically shows an equipment according to the invention as well as the main organs forming part of the control circuit 40 of the actuator.
Le circuit de pilotage 40 relie le moteur 22 de l’actionneur à une source d’alimentation en énergie 70. Dans l’exemple de la figure 3, la source d’alimentation en énergie est une batterie d’accumulateurs. Une alimentation par piles électriques ou une alimentation par un réseau de distribution d’énergie est également possible.The control circuit 40 connects the motor 22 of the actuator to a power supply source 70. In the example of FIG. 3, the power supply source is an accumulator battery. Power supply by electric batteries or power supply by an energy distribution network is also possible.
La source d’alimentation en énergie 70 est connectée au moteur 22 de l’actionneur 20 par l’intermédiaire d’un circuit 80 d’alimentation du moteur. Le circuit d’alimentation 80 est construit autour de transistors de puissance et permet de commuter les courants fournis aux différentes phases du moteur 22. Le circuit d’alimentation 80 permet de contrôler la vitesse de rotation ou d’actionnement du moteur, le sens de rotation ou d’actionnement, ainsi que l’amplitude du mouvement de l’actionneur 20.Power source 70 is connected to motor 22 of actuator 20 via motor power circuit 80. The power supply circuit 80 is built around power transistors and makes it possible to switch the currents supplied to the various phases of the motor 22. The power supply circuit 80 makes it possible to control the speed of rotation or actuation of the motor, the direction of rotation or actuation, as well as the range of motion of the actuator 20.
Le circuit de pilotage 40 comprend un organe de mesure 82 du courant absorbé à partir de la source d’alimentation en énergie, ou, éventuellement un organe de mesure du courant. Dans l’exemple de la figure 2, l’organe de mesure 82 est un ampèremètre 82 en série avec la source d’alimentation en énergie 70. Selon une autre possibilité de réalisation du circuit de pilotage, il est également possible de mesurer directement le courant fourni aux différentes phases du moteur.The control circuit 40 comprises a member 82 for measuring the current absorbed from the energy supply source, or possibly a member for measuring the current. In the example of FIG. 2, the measuring device 82 is an ammeter 82 in series with the power supply source 70. According to another possible embodiment of the control circuit, it is also possible to directly measure the current supplied to the different phases of the motor.
Le circuit de pilotage 40 peut également comporter un voltmètre (non représenté) pour mesurer la tension aux bornes de la source d’alimentation en énergie 70.Driver circuit 40 may also include a voltmeter (not shown) to measure the voltage across power source 70.
L’information correspondant à la mesure du courant est fournie à un calculateur 84, associé entre autres, à une mémoire 86 et d’un comparateur 88. Comme cela ressort de manière plus détaillée de la suite de la description, le comparateur 88 permet de comparer soit des courants instantanés soit des courants moyens, dont la moyenne est établie sur une ou plusieurs périodes ou sur une partie de période du mouvement. La comparaison peut avoir lieu avec des valeurs de courant mesurées et mémorisées lors de cycles de mesure précédents.The information corresponding to the current measurement is supplied to a computer 84, associated among other things with a memory 86 and a comparator 88. As emerges in more detail from the following description, the comparator 88 makes it possible to compare either instantaneous currents or average currents, the average of which is established over one or more periods or over part of a period of the movement. The comparison can take place with current values measured and stored during previous measurement cycles.
La mémoire 86 permet de stocker des informations telles que des valeurs maximum de courant, des valeurs minimum de courant, ou des valeurs moyennes de courant précédemment établies.The memory 86 makes it possible to store information such as maximum current values, minimum current values, or previously established average current values.
Accessoirement la mémoire peut également servir à mémoriser des valeurs n’énergie précédemment calculées, des positions de l’actionneur, des profils de vitesse, et plus généralement des données utilisées par le calculateur 84.Incidentally, the memory can also be used to store previously calculated energy values, positions of the actuator, speed profiles, and more generally data used by the computer 84.
Comme évoqué précédemment, l’unité de pilotage 40 peut être pourvue d’une interface de commande 42, également reliée au calculateur 84 par voie hertzienne ou filaire.As mentioned above, the control unit 40 can be provided with a control interface 42, also connected to the computer 84 by radio or wire.
A partir des données de courant mesurées, et leur comparaison avec des données mémorisées, ainsi qu’à partir d’éventuelles commandes saisies sur l’interface de commande 42, le calculateur 84 établit des états de commutation pour les transistors de puissance du circuit de commande 80 du moteur.From the measured current data, and their comparison with stored data, as well as from any commands entered on the command interface 42, the computer 84 establishes switching states for the power transistors of the circuit of engine control 80.
La figure 4 est une représentation graphique d’une caractéristique importante du procédé de conduite de l’équipement de l’invention, selon laquelle on recherche la fréquence minimisant la consommation électrique du moteur 22.Figure 4 is a graphic representation of an important characteristic of the method of driving the equipment of the invention, according to which the frequency is sought which minimizes the electrical consumption of the motor 22.
La fréquence de consommation minimum, qui correspond à la fréquence de résonance déjà évoquée, est recherchée dans une plage de fréquences 102 de fonctionnement de l’actionneur. Cette fréquence peut être comprise comme la fréquence d’un mouvement d’aller-retour d’un actionneur linéaire ou le nombre de tours par seconde pour un actionneur rotatif. Lorsque le mouvement n’est pas démultiplié ou réduit, il s’agit également de la fréquence de balancement du corps de balancement.The minimum consumption frequency, which corresponds to the resonance frequency already mentioned, is sought in a range of operating frequencies 102 of the actuator. This frequency can be understood as the frequency of a round trip movement of a linear actuator or the number of revolutions per second for a rotary actuator. When the movement is not geared down or reduced, it is also the swing frequency of the swing body.
La plage de fréquence comprend une fréquence minimum notée Fmin et une fréquence maximum notée Fmax. La recherche de la fréquence de résonnance peut avoir lieu par un balayage 100 de la plage de fréquence 102, par exemple de la fréquence minimum vers la fréquence maximum. Des balayages non linéaires peuvent également être envisagés.The frequency range includes a minimum frequency denoted Fmin and a maximum frequency denoted Fmax. The search for the resonance frequency can take place by a sweep 100 of the frequency range 102, for example from the minimum frequency to the maximum frequency. Non-linear scans can also be considered.
Le balayage 100 des fréquences peut avoir lieu par incréments fixes 110 de la fréquence. La fréquence de résonance est ainsi approchée par valeurs discrètes.The sweep 100 of the frequencies may take place in fixed increments 110 of the frequency. The resonant frequency is thus approximated by discrete values.
Pour une fréquence donnée Fn, on mesure la consommation électrique de l’actionneur P(Fn). La consommation électrique peut être exprimée, par exemple, sous la forme d’une la puissance consommée, ou plus simplement d’une intégration du courant électrique consommé sur tout ou partie d’une période, ou sur plusieurs périodes du balancement. Dans le cas d’une puissance consommée le courant peut être multiplié par la tension d’alimentation de l’actionneur.For a given frequency Fn, the electrical consumption of the actuator P(Fn) is measured. The electrical consumption can be expressed, for example, in the form of the power consumed, or more simply of an integration of the electrical current consumed over all or part of a period, or over several periods of the swing. In the case of a power consumption, the current can be multiplied by the supply voltage of the actuator.
Lors d’une étape de comparaison 108, la puissance électrique P(Fn) consommée pour la fréquence Fn est comparée à la puissance électrique consommée P(Fn-1) calculée pour une fréquence précédente Fn-1.During a comparison step 108, the electrical power P(Fn) consumed for the frequency Fn is compared with the electrical power consumed P(Fn-1) calculated for a previous frequency Fn-1.
Dans le cas d’un balayage en fréquences croissantes, si la consommation P(Fn) est inférieure à la consommation P(Fn-1) alors l’opération est itérée avec la fréquence Fn+1, et en comparant la consommation P(Fn+1) à la consommation P(Fn). L’itération est poursuivie tant que la consommation électrique diminue avec l’augmentation de la fréquence. L’augmentation de la fréquence est effectuée par incréments de valeur constante.In the case of a sweep in increasing frequencies, if the consumption P(Fn) is lower than the consumption P(Fn-1) then the operation is iterated with the frequency Fn+1, and by comparing the consumption P(Fn +1) to consumption P(Fn). The iteration is continued as long as the power consumption decreases with the increase in frequency. The increase in frequency is carried out in constant value increments.
En revanche, si la consommation P(Fn) devient supérieure à la consommation P(Fn-1) ceci suppose que le minimum était atteint avec la fréquence Fn-1. Le circuit de commande 80 est alors piloté en régime stationnaire pour commander une fréquence du mouvement périodique égal à la fréquence F(n-1) la plus proche de la résonance.On the other hand, if the consumption P(Fn) becomes greater than the consumption P(Fn-1) this supposes that the minimum was reached with the frequency Fn-1. The control circuit 80 is then controlled in stationary mode to control a frequency of the periodic movement equal to the frequency F(n-1) closest to resonance.
La figure 5 montre sous la forme d’un logigramme les principales opérations ou étapes pouvant être mises en œuvre lors du procédé de conduite d’un équipement conforme à l’invention et en indique un certain nombre de perfectionnements.Figure 5 shows in the form of a flowchart the main operations or steps that can be implemented during the method of operating equipment in accordance with the invention and indicates a certain number of improvements.
Une première étape est une étape d’initialisation 210. Lors de cette étape l’actionneur est piloté pour occuper une position de référence, par exemple une position médiane pour un actionneur linéaire.A first step is an initialization step 210. During this step the actuator is driven to occupy a reference position, for example a mid-position for a linear actuator.
Au cours de l’étape d’initialisation, une lecture des paramètres ou consignes de fonctionnement est également effectuée par le calculateur 84. Les paramètres de fonctionnement peuvent comporter une amplitude de consigne saisie par l’utilisateur, une amplitude d’amorçage, une vitesse d’amorçage une fréquence d’amorçage, par exemple la fréquence minimum, une temporisation d’arrêt et un mode d’arrêt automatique. L’ensemble de ces données peuvent être stockées dans une mémoire du calculateur 84.During the initialization step, the operating parameters or setpoints are also read by the computer 84. The operating parameters may comprise a setpoint amplitude entered by the user, a starting amplitude, a speed a starting frequency, for example the minimum frequency, a stop delay and an automatic stop mode. All of this data can be stored in a memory of the computer 84.
Une étape suivante est une étape de test 220 de la transmission. Elle comprend l’alimentation du moteur en vue d’une sollicitation de la transmission. Elle est accompagnée d’une mesure du courant électrique fourni au moteur électrique. Dès que le courant devient supérieur au courant à vide, on considère que la transmission agit sur le corps de balancement. Dans le cas d’une liaison souple, cette phase permet de tendre la transmission et en particulier une sangle ou une corde faisant partie de la transmission. Si le courant devient supérieur au courant à vide avant que l’actionneur n’ait atteint sa fin de course, ou qu’il n’ait effectué une rotation complète, une étape suivante peut être engagée. Ceci signifie en effet que la transmission 30 a été mise sous tension ou sollicitée et que l’actionneur 20 a été mis en charge. En revanche, si le courant reste égal au courant à vide, il se peut que la transmission 30 ne soit pas reliée à l’actionneur 20 ou que la transmission 30 soit trop lâche. Un arrêt est alors provoqué et un signal de défaut est émis.A next step is a test step 220 of the transmission. It includes supplying the engine with a view to stressing the transmission. It is accompanied by a measurement of the electric current supplied to the electric motor. As soon as the current becomes greater than the no-load current, the transmission is considered to act on the swinging body. In the case of a flexible connection, this phase makes it possible to tension the transmission and in particular a strap or a rope forming part of the transmission. If the current becomes higher than the no-load current before the actuator has reached its end of travel, or has completed a full rotation, a next step can be initiated. This means in effect that the transmission 30 has been energized or stressed and that the actuator 20 has been loaded. On the other hand, if the current remains equal to the no-load current, it is possible that the transmission 30 is not connected to the actuator 20 or that the transmission 30 is too loose. A stop is then caused and a fault signal is emitted.
Une étape suivante est une étape 230 de détection du type de transmission. Cette étape consiste à déterminer si la transmission est une transmission à lien rigide ou une transmission à lien souple. Elle consiste à effectuer successivement un mouvement sur une alternance de l’actionneur, par exemple une traction, puis un mouvement sur l’autre alternance, par exemple une poussée. Lors des deux mouvements on enregistre un courant minimum et un courant maximum, à savoir, un courant de poussée minimum et maximum et un courant de traction minimum et maximum. La valeur du courant minimum est voisine ou égale au courant à vide.A next step is a step 230 of detecting the type of transmission. This step consists of determining whether the transmission is a rigid link transmission or a flexible link transmission. It consists of successively performing a movement on one alternation of the actuator, for example a pull, then a movement on the other alternation, for example a push. During the two movements, a minimum current and a maximum current are recorded, namely a minimum and maximum thrust current and a minimum and maximum traction current. The value of the minimum current is close to or equal to the no-load current.
Si aucun des courants ne dépasse la valeur minimum, cela signifie que le mouvement de l’actionneur 20 n’est pas transmis au corps de balancement 12. Le fonctionnement est alors interrompu et un signal de défaut est émis.If none of the currents exceeds the minimum value, this means that the movement of the actuator 20 is not transmitted to the swinging body 12. Operation is then interrupted and a fault signal is issued.
Si au moins l’un des courants de traction et de poussée dépasse la valeur à vide, une comparaison 232 des courants de traction et de poussée est effectuée. Si le courant de poussée maximum est très supérieur au courant de traction, ou si le courant de traction est très supérieur au courant de poussée, la conduite de l’équipement est poursuivie selon un mode de conduite 240a pour transmission à lien souple.If at least one of the traction and thrust currents exceeds the no-load value, a comparison 232 of the traction and thrust currents is performed. If the maximum thrust current is much higher than the traction current, or if the traction current is much higher than the thrust current, the driving of the equipment is continued according to a 240a driving mode for flexible link transmission.
A l’inverse, si le courant de traction est voisin du courant de poussée, la conduite de l’équipement est poursuivie selon un mode 240b pour transmission à lien rigide. Dans la suite de la description les étapes correspondantes des deux modes sont repérées avec les mêmes références auxquelles on ajoute la lettre a lorsque la transmission est déterminée comme souple et la lettre b lorsque la transmission est déterminée comme rigide.Conversely, if the traction current is close to the thrust current, the operation of the equipment is continued according to a 240b mode for rigid link transmission. In the rest of the description, the corresponding steps of the two modes are marked with the same references to which the letter a is added when the transmission is determined as flexible and the letter b when the transmission is determined as rigid.
Une première étape 242a, 242b suivant la détermination du type de transmission est une étape dite de « calage » qui consiste à caler la course 60 de l’actionneur 20 sur la position d’équilibre stable du corps de balancement 12.A first step 242a, 242b following the determination of the type of transmission is a so-called "setting" step which consists in setting the stroke 60 of the actuator 20 on the stable equilibrium position of the swinging body 12.
Lorsque la transmission est souple, l’étape de calage 242a consiste à effectuer un certain nombre de tractions, c’est-à-dire d’actionnement sur une alternance de l’actionneur avec un retour libre du corps de balancement 12. On détermine la position de l’actionneur à partir de laquelle le courant absorbé par le moteur dépasse le courant à vide. La course de l’actionneur est ensuite décalée de manière que cette position coïncide avec le point médian 60 de la course. Cette opération peut être effectuée de manière itérative et incrémentielle sur plusieurs périodes du mouvement.When the transmission is flexible, the wedging step 242a consists in carrying out a certain number of pulls, that is to say actuation on an alternation of the actuator with a free return of the rocking body 12. the position of the actuator from which the current absorbed by the motor exceeds the no-load current. The actuator stroke is then offset so that this position coincides with the midpoint 60 of the stroke. This operation can be performed iteratively and incrementally over several periods of the movement.
Lorsque la transmission est rigide, l’étape de calage 242b consiste à effectuer un certain nombre de tractions et de poussées et à déterminer les courants maximums de poussée et de traction. La course 60 de l’actionneur est ensuite ajustée de manière itérative et incrémentielle jusqu’à ce que le courant maximum de poussée et le courant maximum de traction soient sensiblement égaux, ou pour le moins qu’un écart entre le courant de traction et le courant de poussée soit réduit.When the transmission is rigid, the step of setting 242b consists of performing a certain number of pulls and pushes and determining the maximum push and pull currents. The stroke 60 of the actuator is then adjusted iteratively and incrementally until the maximum thrust current and the maximum traction current are substantially equal, or at least a difference between the traction current and the thrust current is reduced.
Une étape suivante est une étape 244a, 244b de recherche d’une fréquence minimisant la consommation en énergie ou en courant électrique. Cette étape, qui consiste à chercher la fréquence de résonance de l’équipement, est identique quel que soit le type de transmission, souple ou rigide. Il s’agit de l’étape déjà décrite en référence à la figure 4. La recherche de la fréquence de résonance peut être accompagnée d’une augmentation progressive de l’amplitude du mouvement de balancement, jusqu’à atteindre une valeur de consigne prédéterminée ou une valeur saisie par l’utilisateur.A following step is a step 244a, 244b of searching for a frequency minimizing the consumption of energy or electric current. This step, which consists of finding the resonance frequency of the equipment, is identical regardless of the type of transmission, flexible or rigid. This is the step already described with reference to Figure 4. The search for the resonance frequency can be accompanied by a gradual increase in the amplitude of the rocking movement, until reaching a predetermined set value. or a value entered by the user.
L’étape de recherche d’une fréquence de résonance est suivie par une étape 246a, 246b de recherche d’un profil de vitesse d’oscillation optimisé. Lors de cette étape on peut appliquer et évaluer successivement un certain nombre de profils de vitesse mémorisés. Ceci consiste à piloter le moteur électrique de l’actionneur selon les différents profils de vitesse et à mesurer l’énergie consommée sur une ou plusieurs périodes du mouvement pour chaque profil de vitesse. Le profil de vitesse qui requiert l’énergie minimum peut ensuite être retenu pour le mouvement périodique de balancement dans le régime stationnaire. Selon un perfectionnement, une recherche de la fréquence de résonance peut être effectuée pour chaque profil de vitesse testé.The step of searching for a resonant frequency is followed by a step 246a, 246b of searching for an optimized oscillation speed profile. During this step, it is possible to successively apply and evaluate a certain number of memorized speed profiles. This consists of controlling the electric motor of the actuator according to the different speed profiles and measuring the energy consumed over one or more periods of movement for each speed profile. The velocity profile that requires the minimum energy can then be retained for the periodic rocking motion in the steady state. According to an improvement, a search for the resonance frequency can be carried out for each speed profile tested.
A titre d’illustration, les figures 6 et 7 montrent, sous la forme de graphiques, deux profils de vitesses susceptibles d’être testés et évalués pour un équipement de balancement. Ils correspondent au pilotage d’un actionneur linéaire. Les graphiques indiquent en ordonnée la vitesse de déplacement de l’actionneur.By way of illustration, Figures 6 and 7 show, in the form of graphs, two speed profiles likely to be tested and evaluated for swinging equipment. They correspond to the control of a linear actuator. The graphs indicate the ordinate of the movement speed of the actuator.
Les graphiques des figures 6 et 7 indiquent en ordonnée une vitesse linéaire de déplacement de l’actionneur en fonction de la position du bras de l’actionneur dans sa course. La position est indiquée en abscisse. Les valeurs positives ou négatives de la vitesse correspondent respectivement à deux alternances successives du mouvement (aller-retour).The graphs in Figures 6 and 7 indicate on the ordinate a linear displacement speed of the actuator as a function of the position of the arm of the actuator in its stroke. The position is indicated on the abscissa. The positive or negative values of the speed correspond respectively to two successive alternations of the movement (round trip).
La comparaison des graphiques des figures 6 et 7 montre de légers écarts dans les profils de vitesse, dont la forme générale reste toutefois de type sinusoïdal. Enfin, une dernière étape, consiste à entretenir le mouvement de balancement en régime stationnaire 248a, 248b. Lorsque la transmission est souple ceci consiste à effectuer sur chaque période une traction suivie d’un retour libre du corps de balancement 12. La traction et le retour libre sont effectués à la fréquence de résonance et selon le profil d’oscillation précédemment déterminé. Dans le cas d’une transmission souple, le mouvement de retour a une amplitude légèrement moindre que celle du mouvement de traction pour tenir compte du ralentissement naturel du mouvement dû aux frottements.The comparison of the graphs of FIGS. 6 and 7 shows slight differences in the speed profiles, the general shape of which nevertheless remains of the sinusoidal type. Finally, a last step consists in maintaining the rocking movement in stationary mode 248a, 248b. When the transmission is flexible, this consists in carrying out a traction on each period followed by a free return of the swinging body 12. The traction and the free return are carried out at the resonance frequency and according to the previously determined oscillation profile. In the case of a flexible transmission, the return movement has a slightly less amplitude than that of the traction movement to take into account the natural slowing down of the movement due to friction.
Lorsque la transmission est rigide, le régime stationnaire comprend pour chaque période une poussée et une traction appliquée au corps de balancement 12 par l’actionneur 20 avec la fréquence de résonnance et selon le profil d’oscillation déterminé.When the transmission is rigid, the steady state comprises for each period a push and a pull applied to the swinging body 12 by the actuator 20 with the resonance frequency and according to the determined oscillation profile.
Le régime stationnaire peut être temporisé de manière à interrompre l’actionnement du corps de balancement au terme d’une durée prédéterminée ou sélectionnée par l’utilisateur. Un arrêt progressif peut être opéré par une réduction progressive de l’amplitude du mouvement de l’actionneur. Une procédure d’arrêt d’urgence est également possible.The stationary regime can be timed so as to interrupt the actuation of the swing body after a predetermined or user-selected time. A soft stop can be achieved by gradually reducing the range of motion of the actuator. An emergency stop procedure is also possible.
Claims (20)
- un moteur électrique (22) d’entraînement de l’actionneur selon un mouvement périodique sur une plage de mouvement (62),
- un circuit de pilotage (40) d’une fréquence du mouvement périodique, connecté au moteur électrique (22),
- un circuit de mesure (82, 84) d’une consommation en énergie électrique du moteur,
le circuit de pilotage (40) est asservi au circuit de mesure d’une consommation en énergie électrique (82, 84) du moteur électrique (22) pour ajuster la fréquence du mouvement périodique à une valeur correspondant à une consommation en énergie électrique minimum du moteur électrique (22).1) Periodic motion actuator (20) for stable equilibrium balancing equipment comprising:
- an electric motor (22) for driving the actuator according to a periodic movement over a range of movement (62),
- a control circuit (40) of a frequency of the periodic movement, connected to the electric motor (22),
- a circuit (82, 84) for measuring electrical energy consumption of the motor,
the control circuit (40) is slaved to the electrical energy consumption measurement circuit (82, 84) of the electric motor (22) to adjust the frequency of the periodic movement to a value corresponding to a minimum electrical energy consumption of the electric motor (22).
- un balayage (100) de la fréquence du mouvement périodique sur une plage de fréquences (102),
- la recherche, dans la plage de fréquences, d’une fréquence (Fn) du mouvement périodique minimisant une consommation électrique du moteur électrique,
- le pilotage de l’actionneur (20) pour un actionnement du corps de balancement la fréquence de mouvement périodique minimisant la consommation électrique du moteur électrique.
- a periodic motion frequency sweep (100) over a frequency range (102),
- the search, in the frequency range, for a frequency (Fn) of the periodic movement minimizing an electrical consumption of the electric motor,
- the piloting of the actuator (20) for an actuation of the rocking body the frequency of periodic movement minimizing the electric consumption of the electric motor.
a) la fixation d’une fréquence basse (Fmin) de mouvement périodique, la fréquence basse, faisant partie de la plage de fréquences (102) de l’actionneur, la mesure d’une consommation électrique du moteur et l’enregistrement de la mesure comme consommation de référence (P(Fn-1)),
b) l’augmentation, de la fréquence,
c) la mesure d’une nouvelle consommation électrique du moteur (P(Fn)),
d) la comparaison (108) de la nouvelle consommation électrique du moteur (P(Fn)) à la consommation de référence (P(Fn-1))
e) l’augmentation de la fréquence, si la nouvelle consommation électrique du moteur est inférieure à la consommation de référence,
f) l’enregistrement de la nouvelle consommation électrique (P(Fn)) comme consommation de référence,
g) itération des étapes c à f, jusqu’à la mesure d’une nouvelle consommation électrique du moteur supérieure à la consommation de référence.13) Method according to claim 12, in which the scanning of the periodic motion frequency and the search for a periodic motion frequency minimizing the electrical consumption of the electric motor comprises the following steps:
a) setting a low frequency (Fmin) of periodic movement, the low frequency, being part of the frequency range (102) of the actuator, measuring an electrical consumption of the motor and recording the measurement as reference consumption (P(Fn-1)),
b) the increase, in the frequency,
c) the measurement of a new electrical consumption of the motor (P(Fn)),
d) the comparison (108) of the new electrical consumption of the motor (P(Fn)) with the reference consumption (P(Fn-1))
e) the increase in frequency, if the new electrical consumption of the motor is lower than the reference consumption,
f) the recording of the new electrical consumption (P(Fn)) as reference consumption,
g) iteration of steps c to f, until the measurement of a new electrical consumption of the motor greater than the reference consumption.
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|---|---|---|---|
| FR1912125A FR3102579B1 (en) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | Periodic motion actuator, balancing equipment provided with such an actuator and method of operating such equipment |
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