Equipement dentaire
La présente invention a pour objet un équipement dentaire comprenant une source de courant et un moteur électrique destiné à entraîner un appareil tel qu'une pièce à main. Elle a pour but de fournir un équipement permettant de maintenir pratiquement constante la vitesse de rotation du moteur sous diverses charges.
Dans un équipement dentaire connu, un moteur est associé à une pièce à main et commandé par un circuit de commande électronique logé dans une unité de commande à pédale entre le moteur et une source de courant, en accord avec la position donnée à la pédale.
Dans une telle construction utilisant des circuits de commande connus, lors de l'application d'un couple au moteur, par exemple quand on utilise un outil de polissage monté sur la pièce à main et engagé fermement avec une dent, la vitesse de rotation du moteur est considérablement réduite. Pour maintenir la vitesse de fonctionnement désirée pour l'outil, le dentiste peut commander la puissance fournie au moteur pour le mouvement de la pédale. Une commande correcte de la vitesse de rotation du moteur et de l'outil porté par la pièce à main pendant les opérations de polissage et de nettoyage s'est révélée particulièrement difficile jusqu'ici.
On a proposé déjà d'utiliser un circuit de commande électronique pour le moteur dentaire en vue de compenser le couple appliqué au moteur par l'intermédiaire de la pièce à main, mais plusieurs obstacles se sont présentés. Ainsi, avec des circuits de commande connus, le fonctionnement du circuit pour compenser le couple se produit immédiatement lors de la mise en marche du moteur, de sorte qu'on obtient une compensation indésirable pendant le démarrage du moteur quand le couple moteur est élevé par suite de la nécessité d'amener le moteur à sa vitesse normale. Dans d'autres circuits de commande connus, une réaction à courant alternatif à partir du moteur vers le circuit affecte défavorablement la qualité de la compensation assurée pour la vitesse du moteur.
De mme, avec certains circuits de commande électroniques connus, le moteur a tendance à ralentir quand l'énergie électrique fournie au circuit de commande a été coupée, entraînant le ralentissement de l'outil dentaire entraîné par le moteur, ce qui est défavorable à la pratique dentaire.
L'invention a pour buts de fournir un équipement comprenant un circuit de commande électronique pour un moteur d'entraînement de pièce à main, par exemple un moteur à courant continu à aimant permanent ou un moteur à courant continu shunt ou série; le circuit peut comprendre un dispositif pour maintenir une vitesse pratiquement constante du moteur dans un domaine de vitesse donné, quelle que soit la charge appliquée au moteur, un dispositif pour augmenter la puissance appliquée au moteur lors d'une augmentation du couple appliqué à la pièce à main pour des vitesses basses et moyennes du moteur, un dispositif pour empcher le ralentissement de la pièce à main quand l'énergie envoyée au circuit de commande est coupée,
un dispositif pour supprimer l'accroissement de la puissance fournie au moteur due à la charge pendant que le moteur est amené à sa vitesse normale, et un dispositif pour empcher une réaction du courant alternatif du moteur dans le circuit de commande électronique.
L'équipement cherché doit tre de construotion simple et économique et d'utilisation efficace.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention et des diagrammes explicatifs :
la fig. 1 est le schéma électrique d'un circuit t élec- tronique de commande que comprend cette forme d'exécution, et
les fig. 2 et 3 sont les diagrammes explicatifs.
Le circuit électronique 10 représenté à la fig. 1 fournit de l'énergie électrique à un moteur 12 à partir d'une source 14 de courant alternatif, le circuit étant compensé selon la charge appliquée au moteur 12. Le circuit de commande 10 comprend un dispositif 16 agencé pour fournir une tension réglée à un dispositif de compensation de tension 18. La tension compensée provenant du dispositif 18 est amplifiée par un amplificateur de puissance 20 et appliquée à un dispositif 22 d'inversion du moteur.
En fonctionnement, la partie de la tension réglée utilisée pour entraîner l'amplificateur 20 est déterminée par la polarisation appliquée à un transistor amplificateur 24. La polarisation appliquée à ce dernier est plus particulièrement réglée par la condition de fonctionnement d'un transistor de commande 26, tandis que la condition de fonctionnement du transistor 26 est dépendante de la conduction à travers un transistor de polarisation 28 qui dépend à son tour de la charge appliquée au moteur 12.
Ainsi aux vitesse faibles et moyennes du moteur 12, l'énergie électrique envoyée à ce moteur est accrue grâce au dispositif de compensation 18 quand le couple ou la charge sur le moteur est augmenté de sorte qu'aux vitesses faibles et moyennes le moteur 12 tourne à une vitesse pratiquement constante quelle que soit la charge qui lui est appliquée.
Le circuit de commande 10 comprend aussi des condensateurs 30 et 130 destinés à empcher une augmentation de l'énergie électrique envoyée au moteur due à un couple élevé quand on amène le moteur 12 jus- qu'à sa vitesse normale. Un condensateur 32 et le condensateur 130 sont utilisés dans le circuit 10 pour empcher une réaction du courant alternatif du moteur 12 sur le circuit 10 et le ralentissement du moteur 12 lors de l'ouverture d'interrupteurs à pied 60 et 34, respectivement.
Le dispositif 16 destiné à commander la tension continue à partir de la source alternative 14 comprend un transformateur 36 comportant un enroulement primaire 38 et un enroulement secondaire 40, un redresseur à pont 42 à double alternance comportant des diodes redresseuses 44, 46, 48 et 50 connectées à l'enroulement secondaire 40, un condensateur de filtration 52, une diode de Zener 54 connectée en série avec une résistance 56, les deux étant connectés en parallèle avec le condensateur 52 aux bornes du redresseur 42. Le transformateur 36 est connecté à la source 14 par un fusible 58 et l'interrupteur à pédale 60. Une sortie accessoire 62 est connectée aux bornes de l'enroulement primaire 38 par un interrupteur 63.
Quand l'interrupteur 60 est fermé, l'enroulement primaire 38 est excité par la source 14, qui peut tre par exemple une source de courant alternatif à 110-120 volts. En mme temps, la sortie accessoire 62 est excitée si l'interrupteur 63 est fermé. Une tension plus faible est induite dans l'enroulement secondaire 40 et redressée à travers le redresseur 42. La tension fournie par ce redresseur est appliquée aux bornes du condensateur 52 qui la filtre. Le signal électrique continu u filtré, de 31 volts approximativement, est alors appliqué aux bornes de la résistance 56 et de la diode de Zener 54, sous forme d'une tension d'environ 27 volts, par exemple.
La diode de Zener 54 produit une tension de sortie réglée qui est à nouveau filtrée par un condensateur de filtration 64.
Le dispositif de compensation 18 comprend un diviseur de tension connecté aux bornes de la diode de
Zener 54 et comportant une résistance 66, une résistance variable 68, une résistance 70, une résistance 72 et une résistance de détection 74.
Le dispositif 18 comprend encore le transistor, l'amplificateur 24 comportant une base 76 connectée au curseur 78 de la résistance variable 68. Le curseur 78 est connecté à une pédale de commande, avec l'interrupteur 60, et sa position varie avec la position de la pédale afin de modifier la vitesse de rotation choisie pour le moteur 12, comme on le verra plus loin. Le collecteur 80 du transistor 24 est connecté à une armature du condensateur de filtration 52, tandis que l'émetteur 82 du transistor 24 est connecté en série avec une résistance 84 et une résistance variable 86 à l'autre armature de ce condensateur.
Le transistor amplificateur 24 est connecté aux bornes du redresseur 42 fournissant le signal électrique con tinu filtré par le condensateur 52 et fourni, t un signal de sortie à travers les résistances 84 et 86 vers les bases 110 et 112 de transistors de puissance 88 et 90 en accord avec la polarisation appliquée à ces derniers.
La polarisation appliquée au transistor amplificateur 24 est déterminée par le réglage du curseur 78 sur la résistance 68.
La polarisation appliquée au transistor 24 est aussi variable en accord avec le niveau de tension de la résistance 68. Ce niveau est variable en accord avec la résistance du transistor de commande 26 dont le collecteur 94 et l'émetteur r 92 sont connectés aux résistances 70 et 72. La base de ce transistor 26 est connectée par un curseur 132 à la résistance 86 dans le circuit émetteur du transistor amplificateur 24. Ainsi les caractéristiques de fonctionnement initiales du transistor de commande 26 sont déterminées par le réglage du curseur 132. Comme on le verra plus loin, ce curseur 132 est placé de façon à actionner le transistor de commande 26 à saturation avec le moteur 12 d'une pièce à main dentaire, fonctionnant sans charge.
La polarisation appliquée au transistor de commande 26 est réglée pendant l'application de la charge au moteur 12 par le transistor de la polarisation 28 dont la base 98 est connectée entre les résistances 70 et 72, le collecteur 100 est connecté à la base du transistor de commande 26 et l'émetteur 102 est connecté à travers une résistance 104 entre les résistances 72 et 74.
En fonctionnement, quand le moteur 12 accélère à sa vitesse normale sans qu'une charge lui soit appliquée, le transistor amplificateur 24 amplifie la tension fournie par le réglage du curseur 78 sur la résistance 68 déterminée par la position de la pédale d'une unité de commande dentaire, pour assurer une vitesse déterminée au moteur.
Le transistor de commande 26 fonctionne à la saturation, de sorte que la résistance à travers ce transistor est relativement basse. Le transistor 28 est légèrement conducteur. Quand une charge est appliquée au moteur 12, le courant accru à travers la résistance 74 constitue un signal pour le redresseur 96 et la résistance 72 devient plus négative par suite de la polarité, indiquée sur le dessin, du signal de sortie du redresseur 42. Le transistor 28 est rendu ainsi conducteur et constitue un shunt aux bornes de la partie inférieure de la résistance 86 à travers la résistance 104 après une période initiale pendant laquelle le condensateur 30 est chargé.
La polarisation du transistor de commande 26 est ainsi réduite, de sorte que ce transistor quitte l'état de saturation pour constituer une plus forte résistance aux bornes de résistance 70 et 72. L'élévation de la résistance à travers le transistor 26 élève le niveau de tension de la résistance 68, de sorte qu'une plus forte tension est appliquée au curseur 78 pour une mme position choisie de ce dernier. Comme la puissance appliquée au moteur 12 dépend de la polarisation appliquée au transistor 24 à travers le curseur 78, une augmentation de la charge du moteur entraîne une augmentation de la puissance appliquée à ce moteur pour la mme position de la pédale.
Les composants du circuit sont choisis de façon que dans les domaines des vitesses faibles et moyennes du moteur la puissance additionnelle fournie au moteur 12 par le dispositif de compensation 18 s'approche aussi étroitement que possible de la puissance additionnelle nécessaire pour maintenir constante la vitesse du moteur 12. Le diagramme de la fig. 3, donnant le couple en abcisse et la vitesse de rotation du moteur en milliers de tours en ordonnée, illustre les caractéristiques de vitesse constante assurée à une pièce à main par l'intermédiaire du circuit de commande électronique 10 décrit, pour des vitesses s allant jusqu'à 6000 tours/minu, te.
Le dia- gramme de la fig. 2 comportant les mmes coordonnées. illustre la perte de vitesse de la pièce à main lors de l'application de la charge ou du couple au moteur 12 quand le dispositif de compensation 18 n'est pas compris dans le circuit 10.
Comme indiqué précédemment, le condensateur 30 est disposé entre l'émetteur 82 du transistor 24 et l'autre côté de la résistance 84, et le condensateur 130 est placé entre la base 98 du transistor 28 et le côté positif de la sortie du redresseur en pont pour empcher le dispositif de compensation 18 du circuit de commande 10 de fonctionner pendant la mise en marche initiale du moteur 12 par suite de la charge initiale elle-mme de ce dernier.
Ainsi les condensateurs 30 et 130 sont choisis de la dimension voulue pour se charger pendant la période de temps que prend le moteur 12 pour atteindre sa vitesse normale sans qu'aucune charge lui soit appliquée. Initialement, le condensateur 30 tend à placer le transistor 26 en saturation profonde par suite du drainage du signal de polarisation venant du transistor 26 par le condensateur 30 pendant la charge de ce dernier. Le condensateur 130 tend à placer le transistor 28 dans l'état non conducteur par suite du drainage du signal de polarisation provenant du transistor 28 par le condensateur 130 pendant la charge de ce dernier. Après que les condensateurs 30 et 130 se sont chargés, le dispositif de compensation 18 fonctionne comme indiqué plus haut.
L'amplificateur de puissance 20 comprend des transistors 88 et 90 connectés en parallèle pour augmenter la puissance de fonctionnement. Les transistors 88 et 90 sont connectés entre l'émetteur 82 du transistor amplificateur 24 et la résistance 84 par une diode de protection 108. Le signal de sortie pour le moteur 12 fourni par les transistors d'amplification 88 et 90 est ainsi commandé en accord avec le signal passant dans le transistor amplificateur 24 puisque le signal aux bornes des résistances 84 et 86 commande les bases 110 et 112 des transistors 88 et 90.
Les collecteurs 114 et 116 des transistors 88 et 90 sont connectés avec le collecteur 80 du transistor 24 au côté négatif de la sortie du redresseur 42. Les émetteurs 118 et 120 des transistors 88 et 90 sont connectés ensemble à travers des résistances 122 et 124, respectivement, pour constituer une sortie aux bornes d'un fusible 126 à soufflage rapide qui est utilisé de façon qu'une surcharge dans le moteur 12 n'endommage pas les transistors de puissance 88 et 90.
Le dispositif 22 d'inversion du moteur comprend un commutateur bipolaire 128 unipolaire à deux positions pour envoyer le courant électrique à travers le moteur 12 et l'interrupteur 34 dans des sens opposés. L'interrupteur 34 est connecté à la pédale de commande de l'unité dentaire et il est fermé chaque fois que l'interrupteur de puissance 60 est fermé par la pédale. L'ouverture de l'interrupteur 34 au moyen de cette pédale empche le ralentissement du moteur 12 qui se produirait autrement par suite de la grande valeur du condensateur de filtration 52 et de la tendance de ce condensateur à se décharger dans le moteur 12 lors de l'ouverture de l'interrupteur 60.
Au cours du fonctionnement, le moteur 12 a tendance à envoyer par réaction un signal alternatif dans le dispositif de compensation 18 du circuit 10, signal qui est indésirable. La composante alternative de ce signal de réaction est alors filtrée par les condensateurs de filtration 32, 96 et 130.
Au cours du fonctionnement du circuit de commande 10 décrit, pour commander le moteur d'entraînement 12 conjointement à l'équipement dentaire, la pédale est déplacée dans une position déterminée de manière que les interrupteurs 60 et 34 soient fermés et le curseur 78 soit placé dans la position voulue pour assurer au moteur 12 une vitesse de rotation donnée, de 3000 tours/ minute par exemple. La fermeture de l'interrupteur 60, alors que l'interrupteur 63 a été précédemment fermé produit la mise sous tension de la sortie accessoire. I, signal électrique provenant de la source alternative 14 passe à travers le transformateur 36 pour tre redressé dans le redresseur 42 et filtré par le condensateur 52.
Une tension réglée apparaît aux bornes de la diode de
Zener 54.
Comme à ce moment une charge considérable est appliquée au moteur 12 par le fait t qu'on amène ce der- nier à sa vitesse désirée, le transistor 28 est rendu conducteur par le signal dirigé dans le sens négatif apparaissant aux bornes de la résistance de détection 74. Le transistor 26 est toutefois maintenu à ce moment dans l'état de saturation profonde dû au fait que le condensateur 30 se charge et le transistor 28, au mme moment, est maintenu non conducteur par le fait que le condensateur 130 se charge. Le moteur 12 est ainsi amené à sa vitesse normale de la manière usuelle par la puissance qui lui est appliquée à travers les transistors de puissance 88 et 90 qui sont commandées par le transistor amplifioateur 24 en accord avec la position de réglage de la vitesse du curseur 78 sur la résistance 68.
Une fois le moteur 12 amené à sa vitesse normale, le signal aux bornes de la résistance 74 revient à sa valeur normale et les condensteurs 30 et 130 sont chargés.
Quand le circuit de commande 10 fonctionne de cette manière, supposons qu'une charge est appliquée au moteur 12, due par exemple à l'utilisation de la pièce à main dentaire lors d'une opération à couple élevé telle que le nettoyage ou le polissage. Quand la charge est appliquée au moteur 12, le signal aux bornes de la résistance de détection 74 devient à nouveau négatif, bas culant le transistor 28 qui est maintenant partiellement conducteur. Par la résistance 104 et par suite du signal devenant négatif aux bornes de la résistance 74, le transistor de commande 26 quitte l'état de saturation pour faire varier la résistance en parallèle avec la résistance 68. Cela augmente la polarisation et par conséquent la conduction du transistor amplificateur 24.
La polarisation accrue appliquée à ce transistor produit un signal augmenté appliqué aux transistors de puissance 88 et 90 aux bornes des résistances 84 et 86 pour produire un signal de sortie plus intense de ces transistors 88 et 90 aux bornes du moteur 12, de sorte que la vitesse de ce dernier est maintenue pratiquement constante lors de l'application d'un couple.
Les composants du circuit sont choisis de manière que la compensation soit la plus efficace aux vitesses basses et moyennes, comme le montre la fig. 3, car il existe une limite de puissance pour les deux transistors 88 et 90 et pour le moteur 12 et on ne désire pas brûler le moteur 12 ou les transistors de puissance dans un effort pour maintenir une vitesse constante du moteur à fortes vitesses de rotation.
Comme indiqué précédemment, pendant le fonctionnement les condensateurs 32, 64 et 130 filtrent toutes les composantes alternatives renvoyées du moteur au circuit de commande 10. En outre, comme indiqué aussi plus haut, l'interrupteur 34 empche le ralentissement du moteur 12 dû à la décharge du condensateur de filtration 52 lors de l'ouverture de l'interrupteur 60.