FR2526570A1 - Appareil de positionnement lineaire, notamment pour tete de lecture et d'enregistrement d'informations de disques magnetiques - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE POSITIONNEMENT LINEAIRE. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL COMPRENANT UN MOTEUR LINEAIRE QUI A UN AIMANT MOBILE 10 ET DES ENROULEMENTS 30 ET 32. UN TRANSDUCTEUR CAPACITIF DE POSITION 71, 72 DONNE UN SIGNAL QUI EST COMPARE A UN SIGNAL DE POSITION VOULUE. UN CIRCUIT DE POSITIONNEMENT GROSSIER DEPLACE LE MOTEUR A GRANDE VITESSE JUSQU'A CE QUE LA POSITION REELLE CORRESPONDE A LA PISTE VOULUE, ET UN CIRCUIT DE POSITIONNEMENT FIN DEPLACE LE MOTEUR A UNE VITESSE CORRRESPONDANT A SA DISTANCE AU CENTRE DE LA PISTE VOULUE. APPLICATION AUX APPAREILS DE DEPLACEMENT DES TETES DE LECTURE ET D'ENREGISTREMENT SUR DISQUES SOUPLES.

Description

La présente invention concerne les appareils de positionnement linéaire et

plus précisément ceux qui

comportent un moteur à aimant mobile.

Les appareils de positionnement linéaire ont des applications dans des dispositifs très divers Dans

certains cas tels que le positionnement des têtes de lec-

ture et d'enregistrement dans les dispositifs à disques magnétiques associés à des ordinateurs, les critères fixés sont particulièrement sévères sur le plan du temps de manoeuvre et de la précision du positionnement Dans les ordinateurs mettant en oeuvre des appareils à disques, le temps perdu pour le positionnement peut réduire les performances globales de l'ordinateur et doit donc être réduit au minimum La précision et la reproductibilité

du positionnement déterminent le nombre de pistes d'en-

registrement qui peuvent, être formées sur un disque et affectent donc directement la densité d'enregistrement

des données Ainsi, un appareil de positionnement liné-

aire d'un appareil d'entraînement de disque doit fonc-

tionner à grande vitesse et avec une précision élevée.

Une technique connue, utilisée dans les appa-

reils d'entraînement de disques, met en oeuvre un mo-

teur rotatif pas à pas combiné à une vis-mère, l'ensemble

formant un appareil de déplacement linéaire pas à pas.

De tels appareils sont commandéshabituellement en boucle ouverte et donnent des résultats satisfaisantslorsque

les critères de reproductibilité ne sont pas trop sé-

vères Cependant, dans les appareils à disques de qualité

supérieure, la reproductibilité et la précision du posi-

tionnement doivent être de l'ordre de 7,62 10-3 mm ou

mieux Les appareils de déplacement linéaire par pas fonc-

tionnant en boucle ouverte et réalisés par mise en oeuvre des techniques classiques de fabrication ne peuvent pas

normalement satisfaire à ces critères.

On a proposé l'utilisation d'appareils à moteur linéaire d'induction fonctionnant en boucle fermée pour le positionnement Cependant, ces appareils ne sont pas réalisés facilement étant donné qu'il doit exister un

angle de glissement entre le champ mobile du stator et 1 'en-

semble mobile d'induction afin qu'une force soit créée.

Un appareil précis à réglage de l'angle de glissement devient coûteux et complexe et, malgré tout, son fonc-

tionnement avec précision est délicat.

Une autre technique courante met en oeuvre un

organe de manoeuvre à bobine mobile incorporé à un appa-

reil de commande à boucle fermée De tels appareils ont

une réponse relativement rapide et une bonne précision.

Cependant, ils sont coûteux et ne se prêtent pas à une fabrication en grandes quantités Dans ces appareils, la bobine mobile a un diamètre relativement grand si bien qu'elle convient aux appareils à fichier à disques de grande dimension mais non aux appareils d'entraînement de disques plus petits du type utilisé de façon générale

avec les disques souples d'enregistrement.

De plus, les appareils à bobine mobile présen-

tent une mauvaise dissipation thermique si bien qu'une

série de mouvements rapides pose des problèmes.

L'invention concerne un appareil de position-

nement linéaire qui a une réponse relativement rapide

ainsi qu'une reproductibilité et une précision de posi-

tionnement qui sont élevées.

Elle concerne aussi un tel appareil de posi-

tionnement linéaire qui peut être fabriqué en grande sé-

rie, à un prix modéré.

Elle concerne aussi un appareil de position-

nement linéaire ayant une bonne dissipation thermique

si bien qu'une série de mouvements rapides peut facile-

ment être exécutée.

Elle concerne aussi un appareil de position-

nement linéaire de faible encombrement, convenant à des

appareils d'entraînement de disques de faible encombre-

ment.

L'appareil de positionnement linéaire selon l'invention comporte un moteur magnétique linéaire qui comprend un noyau de stator en U, formé d'un matériau

magnétique et ayant des branches parallèles, un enrou-

lement formé autour de l'une des branches au moins du

noyau, les conducteurs formant l'enroulement étant cons-

titués d'un matériau notablement magnétique, un aimant permanent mobile parallèlement aux branches du noyau et aimanté transversalement afin que le flux de l'aimant interagisse avec un courant circulant dans l'enroulement et provoque la formation d'une force tendant à déplacer l'aimant, caractérisé en ce qu'il 'comporte en outre un

transducteur ou un capteur de position comportant un élé-

ment fixe associé au noyau, un élément mobile fixé à l'ai-

mant mobile, et un dispositif générateur d'un signal de position réelle représentatif des positions relatives

de ces éléments, et un circuit de commande recevant l'in-

dication d'une position voulue pour l'aimant mobile et

le signal de position réelle et destiné à alimenter l'en-

roulement avec un signal d'excitation dont la polarité est telle qu'il provoque le déplacement de l'aimant vers

2 D la position voulue.

L'appareil selon l'invention comprend un moteur linéaire qui a un aimant permanent mobile disposé afin

qu'il interagisse avec un courant circulant dans un en-

roulement d'un stator bobiné Comme la partie mobile est un aimant permanent, des fils souples d'alimentation, des contacts glissants ou analogues ne sont pas nécessaires dans le moteur L'alimentation du moteur est assurée par un enroulement fixe et, en conséquence, la structure des bobinages peut être réalisée afin que la dissipation de chaleur soit efficace En outre, tous les éléments du moteur linéaire sont réalisés sous une forme relativement

plate si bien que le moteur peut avoir une faible hauteur.

Le moteur linéaire est commandé de manière asser-

vie afin qu'il ait une réponse rapide et une bonne pré-

cision de positionnement La position réelle de l'élé-

ment mobile est indiquée par un transducteur de-position

dont la partie mobile est fixée à l'aimant permanent.

De préférence, le transducteur de position est monté sur

l'aimant permanent lui-même, à l'intérieur de l'entre-

fer, si bien qu'aucun désaccord pratiquement n'existe entre la position réelle et son indication donnée par le transducteur de position La boucle d'asservissement

est de préférence d'un type mettant en oeuvre un pro-

gramme de réglage grossier-fin, avec déplacement initial

dans la région de la piste magnétique voulue sur le dis-

que, puis par déplacement fin au centre de la piste.

Comme indiqué précédemment, le flux de l'aimant permanent mobile interagit avec le courant circulant dans l'enroulement du stator si bien que l'enroulement est placé dans l'entrefer magnétique Dans un autre mode de réalisation avantageux, l'enroulement excitateur est formé

de fer, ou de fer revêtu de cuivre.

Bien que les conducteurs de fer accroissent la résistivité de l'enroulement, cet effet nuisible est plus que compensé par la réduction de la réluctance dans

l'entrefer et par les meilleures caractéristiques magné-

tiques obtenues ainsi dans le moteur.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront mieux de la description qui va sui-

vre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une perspective d'un aimant

permanent mobile d'un moteur linéaire utilisé dans l'ap-

pareil selon l'invention, avec le chariot de déplacement linéaire de l'aimant;

la figure 2 est une coupe longitudinale schéma-

tique du moteur linéaire utilisé selon l'invention; la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une coupe d'une variante dans laquelle le transducteur de position est disposé dans l'entrefer magnétique et le chariot est supporté par une glissière à billes qui est soumise à une charge préalable;

la figure 5 est un diagramme synoptique en par-

tie sous forme schématique des circuits de commande d'un

mode de réalisation avantageux d'appareil selon l'inven-

tion;

la figure 6 est un diagramme des temps repré-

sentant différents signaux observés à divers emplacements , de l'appareil de la figure 5; la figure 7 est une coupe longitudinale de la

structure d'un stator selon un autre mode de réalisa-

tion de l'invention et ayant deux éléments de noyau de stator; et la figure 8 est une coupe longitudinale d'un moteur linéaire selon un autre mode de réalisation de l'invention, ayant un seul enroulement de stator et deux

aimants mobiles.

Les figures 1 à 3 représentent un premier mode de réalisation de moteur linéaire incorporé à l'appareil selon l'invention L'élément mobile comporte un élément permanent 10 aimanté transversalement à la direction de déplacement, c'est-à-dire du haut en bas comme indiqué

sur la figure 1.

La partie formant le stator, représentée sur les figures 2 et 3, comporte un noyau 20 en U ayant des branches parallèles 22 et 24 raccordées par une partie

intermédiaire 26 en pont Les branches 20 et 24 sont dis-

posées parallèlement à l'axe du déplacement Le noyau 20 est formé d'un matériau magnétique et il peut être

formé de fer fritté ou feuilleté suivant les caractéris-

tiques nécessaires d'hystérésis et de courants de Foucault.

Le flux magnétique de l'aimant permanent 10 sort par la surface ayant les pôles Nord (face supérieure de l'aimant comme indiqué sur la figure 2), traverse l'entrefer et s'écoule dans la branche 22, la partie intermédiaire 26

et la branche 24 avant de revenir par l'entrefer jus-

qu'à la surface des pôles Sud de l'aimant Les branches du noyau sont entourées par des enroulements 30 et 32 sous forme de bobines Ces enroulements 30 et 32 sont reliés l'un à l'autre afin que le courant circule dans le sens des aiguilles d'une montre autour d'une branche

et en sens inverse autour de l'autre Grâce à cette con-

nexion, le courant circulant dans les deux enroulements

a la même direction dans la partie comprise dans l'en-

trefer délimité entre les branches 22 et 24 Comme l'in-

dique la figure 2, le courant circule vers l'observateur

dans la partie comprise dans l'entrefer et, comme l'in-

dique la figure 3, il circule de gauche à droite comme

indiqué par les flèches.

Comme l'indique la figure 3, les enroulements

sont relativement plats afin que l'entrefer délimité en-

tre l'aimant 10 et les branches 22 et 24 soit minimal.

La structure globale représentée sur la figure 3, ayant

des enroulements, un noyau et un aimant permanent re-

lativement plats, forme un moteur linéaire de faible hau-

teur.

La force qui provoque le déplacement de l'ai-

mant dans la direction longitudinale indiquée par la flè-

che double de la figure 2 est due à l'interaction du flux magnétique de l'aimant 10 et du courant circulant dans

les conducteurs placés dans l'entrefer La force appli-

quée correspond au produit de la densité de flux de l'ai-

mant permanent par l'intensité du courant circulant dans

l'enroulement et par la longueur efficace de l'enrou-

lement dans l'entrefer.

Lorsque les enroulements 30 et 32 sont alimen-

tés, ils créent dans le noyau 20 un flux magnétique qui n'a pas d'effet utile pour la création d'un déplacement linéaire Ainsi, on doit prendre des précautions afin d'augmenter la réluctance du trajet parcouru par ce

flux magnétique, sans affecter de façon nuisible la ré-

luctance du trajet parcouru par le flux provenant de l'ai-

mant permanent Cette caractéristique est obtenue par absence de fermeture magnétique de la structure du noyau entre les branches 22 et 24 à une extrémité Cependant, une mince plaque magnétique 34 est placée sur l'extrémité ouverte du noyau, mais elle est séparée des extrémités des branches 22 et 24 par une entretoise non magnétique

36, afin que les champs marginaux soient minimaux L'en-

tretoise 36 a une épaisseur choisie afin que la boucle

ait une réluctance suffisante pour que la saturation ma-

gnétique par le flux des enroulements soit évitée.

L'aimant permanent est de préférence d'un type à énergie élevée convenant à un entrefer relativement

grand, permettant le logement des enroulements du moteur.

L'aimant permanent est de préférence formé d'une composi-

tion à base de cobalt et de samarium frittée afin que l'aimant ait la forme voulue De tels aimants sont connus pour leur énergie élevée et leur champ coercitif élevé, idéaux dans le cas des dispositifs magnétiques à entrefer

de grande dimension.

Comme l'indiquent les figures 1 et 3, l'aimant permanent est aimanté afin que la direction du flux soit

perpendiculaire à la direction de déplacement.

Les enroulements 30 et 32 peuvent être des en-

roulements classiques formés de fil de cuivre Cependant, comme une partie de chaque enroulement se trouve dans lentrefer, c'est-à-dire entre la branche 22 et l'aimant 10 et entre la branche 24 et l'aimant 10, l'entrefer est relativement grand afin qu'il permette la disposition de l'enroulement Cependant, l'entrefer efficace peut être réduit par utilisation d'un matériau magnétique dans les enroulements Cette caractéristique est obtenue par construction des enroulements à l'aide de conducteurs de fer ou de préférence de fer revêtu de cuivre Comme

la plus grande partie du courant circulant dans un en-

roulement pulsé a tendance à circuler près de la surface du conducteur, l'utilisation du cuivre à la surface a un effet très grand L'utilisation des conducteurs de fer donne de moins bonnes caractéristiques d'inductance,

mais ces effets sont plus que compensés par les avanta-

ges dus à la réduction de la réluctance dans le circuit

magnétique formé dans l'entrefer.

Des supports 40 et 41 d'un chariot sont fixés sur les côtés de l'aimant permanent par des fentes en queue d'aronde qui coopèrent avec des saillies 11 et 12 en

queue d'aronde forméessur l'aimant 10 Le support 40 com-

porte deux saillies 42 et 43 dépassant vers l'extérieur et le support 41 comporte-de même deux saillies 44 et dépassant vers l'extérieur Ces saillies 42 à 45 ont chacune une ouverture dont les dimensions sont telles qu'elles peuvent loger des glissières rectilignes 47 à qui coopèrent avec des tiges 51 et 52 de guidage Ces

dernières sont convenablement fixées et disposées de ma-

nière que la structure comprenant l'aimant permanent et

le chariot puisse se déplacer linéairement entre les bran-

ches 22 et 24 (figure 2) du moteur linéaire Dans le mode

de réalisation représenté sur la figure 2, l'aimant per-

manent est centré entre les branches du noyau.

Le transducteur de position du moteur linéaire

comporte une échelle 61 fixée aux saillies 42 et 43.

L'échelle mobile 61 coopère avec un capteur fixe 62 qui transmet des signaux électriques représentatifs de la position réelle du chariot Le transducteur de position peut être de plusieurs types connus, notamment capacitif,

magnétique ou optique.

Le chariot portant l'aimant peut être fixé afin

qu'il déplace tout objet voulu Dans le mode de réalisa-

tion de la figure 1, le chariot est représenté fixé à une tête de lecture et d'enregistrement d'un dispositif d'entraînement d'un disque magnétique souple La tête 74 'est montée sur un bloc 72 'de support fixé aux saillies 44 et 45, par exemple par collage La tête de lecture

et d'enregistrement est reliée électriquement à des cir-

cuitsélectroniquesde commande de lecture et d'enregistre-

ment par des fils 90 et 92 Le déplacement linéaire de l'aimant permanent du moteur assure le déplacement de la tête de manière que celle-ci puisse passer d'une piste

à l'autre forméessur le disque.

Un autre mode de réalisation de moteur linéaire convenant à un appareil selon l'invention est représenté sur la figure 4 et comprend:

(a) un guide de chariot à une seule tige, subis-

sant une force magnétique préalable et destinée à dépla-

cer l'aimant permanent 10, et

(b) un transducteur 70 de position direc-

tement fixé à l'aimant permanent mobile et placé dans l'entrefer du moteur. La structure du stator de ce moteur linéaire est analogue à celle décrite précédemment en référence

aux 2 et 3, et elle comprend un noyau en U ayant des bran-

ches 22 et 24, des enroulements 30 et 32 entourant les branches Pour des raisons expliquées dans la suite du présent mémoire, l'aimant permanent 10, dans ce mode de réalisation, est plus proche de la branche inférieure

24 que la position centrale entre les branches du noyau.

Dans ce mode de réalisation, un transducteur 70 de position est placé dans l'entrefer du moteur et comporte un élément mobile 71 directement fixé à l'aimant

et un élément 72 de stator fixé à la surface de l'enrou-

lement 30 Les éléments transducteurs sont sous forme de dessins conducteurs formés à la surface d'un substrat mince, par exemple qui peuvent être formés par mise en oeuvre des techniques des circuits imprimés Les substrats

portant les dessins conducteurs sont sous forme de des-

sins divisés de forme analogue et imbriqués Un déplace-

ment relatif des éléments du transducteur fait varier

le couplage capacitif et la position peut donc être détec-

tée On a constaté que, bien que le fonctionnement du transducteur soit de type électrique, ce fonctionnement n'est pratiquement affecté par les champs magnétiques du moteur et le transducteur peut donc être placé dans

l'entrefer de celui-ci En pratique, les éléments trans-

ducteurs peuvent être très minces et peuvent occuper un très faible espace dans l'entrefer De préférence, dans un moteur linéaire dont l'aimant permanent est décalé par rapport au centre, le transducteur est placé dans le plus grand entrefer qui, sur la figure 4, est celui qui est compris entre l'aimant permanent 10 et la branche

22, avec l'enroulement 30.

Dans le mode de réalisation de la figure 4, le chariot de l'aimant permanent ne comporte qu'une tige 51 de guidage qui élimine en grande partie les problèmes d'alignement et d'inclinaison souvent présentés par les arrangements ayant des tiges parallèles de guidage Le

support de l'aimant, du côté opposé à la tige 51 de gui-

dage, est assuré par une glissière 74 à billes Une pla-

que 75 de support est fixée à l'aimant 10 par une fente en queue d'aronde, coopérant avec une saillie de forme complémentaire 11 du côté de l'aimant 10 Une gorge 77 en V est usinée à la face inférieure du support 75 et elle a des dimensions permettant la formation d'un chemin de roulement pour la glissière 74 à billes Un support fixe analogue 76 est usiné afin qu'il forme une surface

78 d'appui en retrait.

Dans cet arrangement de support, l'aimant 10

est intentionnellement décentré et rapproché de la bran-

che 24 du noyau de l'aimant afin qu'une force magnétique résultante de traction soit toujours appliquée au chariot vers le bas, vers la branche 24 Cette force dirigée vers le bas maintient la plaque 75 au contact de la glissière 74 si bien que cette dernière ne peut pas tomber Ainsi,

les éléments du moteur eux-mêmes sont utilisés pour l'ap-

plication d'une force préalable assurant le maintien de

la glissière.

La structure du chariot ayant la combinaison de la tige unique de guidage et de la glissière, réduit le frottement et résout les problèmes d'alignement et d'inclinaison souvent présentés par les tiges parallèles de guidage De plus, l'application d'une force magnétique préalable à la glissière à l'aide des éléments du moteur lui-même assure un support efficace de la glissière sans

que les structures habituelles de billes soient utilisées.

Le circuit de commande de l'appareil de posi-

tionnement linéaire, à boucle d'asservissement selon l'in-

vention, est représenté sur la figure 5 Le fonctionnement du transducteur 100 de position à gain élevé met en oeuvre le couplage capacitif entre des électrodes capacitives très rapprochées statique et mobile Le dessin fixe ou statique 102 est formé de dessins imbriqués 104 et 105

en forme de peigne dont les dents constituent les pla-

ques ou électrodes capacitives individuelles Le pas du dessin est la distance comprise entre les centres des dents du même dessin en forme de peigne, c'est-à-dire la distance nécessaire pour la répétition du dessin Les dessins conducteurs mobiles sont analogues aux dessins fixes et ont le même pas Cependant, le dessin cosinusoldal 114 est décalé d'un quart de pas par rapport au dessin sinusoïdal 112 Le dessin fixe peut avoir une longueur au moins égale à la distance parcourue par l'aimant 10

augmentée de la longueur du dessin mobile du transducteur.

Les éléments mobiles peuvent être relativement courts

et peuvent comprendre seulement quelques dents sur cha-

cun des éléments en forme de peigne.

Bien que, pour la clarté de la représentation, les éléments fixe et mobile du transducteur 100 soient

représentés avec un écart important, ils sont en prati-

que aussi proches que raisonnablement possible car cette

distance de séparation affecte la précision du position-

nement du transducteur Lorsque l'appareil est utilisé

dans un dispositif d'entraînement de disque pour le po-

sitionnement des têtes de lecture et d'enregistrement,

le pas du transducteur est de préférence égal à l'espace-

ment des pistes sur le disque, cette valeur pouvant être de l'ordre de 0, 76 mm La séparation des éléments mobile et fixe du transducteur doit être inférieure à la moitié

du pas de ce dessin.

Les éléments du dessin fixe 102 sont connectés à un oscillateur 120 qui fournit un signal convenable

d'excitation à une fréquence qui est par exemple de 100 k Hz.

Le dessin sinusoïdal 112 est connecté à un jeu parallèle de conducteurs mobiles 121 et un dessin cosinusoidal 114 est connecté de manière analogue à un jeu parallèle de conducteurs mobiles 122 Les conducteurs mobiles 121 et 122 sont alignés sur les conducteurs fixes 125 et 126

de manière que les signaux sinus et cosinus soient cou-

plés du dessin mobile au dessin fixe.

Lorsque le dessin fixe est alimenté et lorsque le dessin mobile est centré au-dessus du dessin fixe,

le couplage de l'énergie et le transfert des signaux en-

tre les électrodes capacitives des dessins sont maximaux.

Lorsque le dessin mobile se déplace d'un demi-pas, les électrodes des dessins en forme de peigne sont à nouveau

alignés, mais sur les électrodes reliées aux côtés oppo-

sés du dessin si bien-que le couplage est à nouveau maxi-

mal mais avec une polarité inverse Pour les alignements correspondant au quart et aux trois quarts d'un pas, le

couplage ou le transfert des signaux est minimal Lors-

que l'élément mobile se déplace à vitesse uniforme, l'am-

plitude des signaux des dessins sinus et cosinus 112 et

114 varie et il forme des signaux sinusoïdal et cosinu-

* soldal modulés (appelés sinus-et cosinus) comme indiqué

par les deux courbes supérieures de la figure 6 Les si-

gnaux des dessins 112 et 114 qui sont modulés en ampli-

tude d'après la position du dessin mobile, sont couplés

aux conducteurs fixes 125 et 126 par les conducteurs mo-

biles 121 et 122.

Les conducteurs -125 et 126 sont reliés à des

circuits 130 et 131 de démodulation de sinus et de cosi-

nus respectivement qui sont eux-mêmes reliés à des cir-

cuits conformateurs 132 et 133 Les signaux des circuits de modulation sont représentés sur la figure 6 par les

deux courbes intermédiaires et ils correspondent à l'enve-

loppe en amplitude des signaux modulés L'amplitude de ces signaux varie avec la position relative des éléments des dessins fixe et mobile du transducteur Les signaux

démodulés parviennent aux circuits conformateurs qui trans-

mettent un signal positif d'amplitude déterminée lorsque

le signal reçu est positif, et un signal négatif d'ampli-

tude prédéterminée lorsque le signal reçu est négatif.

Les signaux conformés, provenant des circuits 132 et 133, sont représentés par les deux courbes inférieures de la

figure 6.

Les signaux de sortie des circuits conforma-

teurs 132 et 133 sont transmis afin qu'ils commandent des multivibrateurs monostables 134 et 135 Ces derniers sont commandés par un signal positif de porte (entrée

G) et un signal transitoire allant vers les valeurs posi-

tives (entrée T de déclenchement) afin qu'ils transmettent

une courte impulsion de sortie Le signal du circuit con-

formateur 133 parvient à l'entrée G de porte des multivi-

brateurs 134 et 135 Le signal du circuit 132 parvient à l'entrée de déclenchement T du circuit monostable 134

et à l'entrée inverse de déclenchement du circuit 135.

Lorsque le dessin mobile du transducteur se déplace de gauche à droite sur la figure 6, lorsque le point A qui se trouve au début d'un pas de piste se rapproche, le signal de sortie du circuit conformateur 133 est positif

si bien que les circuits monostables 134 et 135 sont pré-

parés à la transmission d'une impulsion de sortie Au point A, le signal de sortie du circuit conformateur 132 passe d'une valeur négative à une valeur positive, et

ce signal transitoire positif déclenche le circuit mono-

stable 134 qui transmet une impulsion D'autre part, lors-

que le déplacement s'effectue en sens opposé, de droite à gauche sur la figure 6, lorsque le point B qui se trouve au début d'un pas de piste se rapproche, le signal de sortie du circuit conformateur 133 est positif et prépare les circuits monostables 134 et 135 Au point B, pour ce sens de déplacement, le signal de sortie du circuit conformateur 132 passe d'une valeur positive à une valeur négative et le signal transitoire négatif correspondant parvient à l'entrée d'inversion du circuit monostable

et provoque la formation d'une impulsion de sortie.

Ainsi, lors d'un déplacement dans un sens, le circuit 134 transmet une impulsion au début de chaque pas de piste alors que, pour un déplacement en sens opposé, le circuit monostable 135 transmet une impulsion au début de chaque

pas de piste.

Un compteur-décompteur 136 est destiné à con-

server un nombre représentatif de la position réelle de la piste Le signal de sortie du circuit monostable 134 parvient à l'entrée de comptage du compteur 136 alors

que le signal du circuit 135 parvient à l'entrée de dé-

comptage du compteur Ainsi, le nombre Q du compteur 136 augmente ou diminue d'après le déplacement des pistes

du moteur linéaire.

Un comparateur numérique 140 reçoit un mot nu-

mérique P représentatif de la position de la piste voulue, provenant d'un circuit 141 d'entrée de position, ainsi que le mot numérique Q provenant du compteur 136 et repré-

sentant la position réelle de la piste Les signaux de

sortie du comparateur 140 sont transmis afin qu'ils com-

mandent des circuits portes 142 à 144 Lorsque la position voulue P dépasse la position réelle Q la porte 142 est commandée et assure le déplacement vers l'avant à vitesse

maximale Lorsque la position P est inférieure à la posi-

tion réelle QO la porte 143 est excitée et provoque le

déplacement dans l'autre sens, à vitesse maximale Lors-

que la position voulue P est égale à la position réelle Q, la porte 144 est excitée et place l'appareil en mode

de positionnement fin afin que le moteur linéaire se dé-

place vers une position qui correspond au centre de la

piste et applique une force de maintien de cette posi-

tion. Les enroulements 30 et 32 du moteur linéaire sont montés dans un circuit en pont à quatre transistors représentés à la partie supérieure de la figure 5 Le

collecteur d'un transistor NPN de puissance 153 est re-

lié à une alimentation à + 12 V et son émetteur est relié à une première extrémité des enroulements 30 et 32, alors

que l'autre extrémité des enroulements est reliée à l'émet-

teur d'un transistor PNP complémentaire 156 dont le col-

lecteur est relié à une alimentation à 12 V De même,

un transistor NPN 155 a son collecteur relié à l'alimenta-

tion à + 12 V et son émetteur relié à une première extré-

mité des enroulements 30 et 32 alors que l'autre extré-

mité des enroulements est reliée à l'émetteur d'un tran"

sistor PNP complémentaire 154 dont le collecteur est re-

lié à l'alimentation à 12 V Lorsque les transistors 153 et 156 conduisent, le courant circule dans un premier sens dans les enroulements 30 et 32 alors que, lorsque les transistors 155 et 156 conduisent, le courant circule dans les enroulements en sens opposé Ainsi, l'excitation sélective des paires de transistors permet le réglage de la circulation du courant dans les enroulements, dans le sens voulu, afin que le moteur linéaire se déplace

dans le sens voulu.

Les signaux de sortie des circuits portes 142

à 144 parviennent à un amplificateur opérationnel 150.

La sortie de celui-ci est reliée aux bases des transis-

tors 153 et 154 par l'intermédiaire d'un amplificateur 151 d'inversion et de résistances 157 et 158 de pilotage de base Le signal de l'amplificateur 150 parvient aussi aux bases des transistors 155 et 156 par l'intermédiaire d'un amplificateur 152 de pilotage sans inversion, et de résistances 159 et 160 de pilotage de base Un signal positif de l'amplificateur 150 provoque l'apparition d'un signal positif aux bases des transistors 155 et 156, par l'intermédiaire de l'amplificateur 1527 alors qu'un signal négatif aux bases des transistors 153 et 154, transmis par l'intermédiaire de l'amplificateur inverseur 151, fait passer les transistors 155 et 154 à l'état conducteur De meme, un signal négatif transmis par l'amplificateur

150 provoque la transmission d'un signal positif aux tran-

sistors 153 et 154 et d'un-signal négatif aux transistors

et 156 si bien que les transistors 153 et 156 con-

duisent Le degré de conduction des transistors du pont

dépend de l'amplitude du signal transmis par l'amplifi-

cateur 150.

La porte 142 est reliée à une source positive

alors que la porte 143 est reliée à une source négative.

Lorsque la porte 142 conduit, un signal positif est trans-

mis à l'amplificateur 150 si bien qu'une paire de tran-

sistors du circuit'en pont conduit au maximum et le cou-

rant circulant dans les enroulements 30 et 32 est maximal dans un premier sens D'autre part, lorsque la porte 143

est ouverte, un signal négatif est transmis à l'amplifi-

cateur 150 et l'autre paire du pont conduit au maximum si bien que le courant dans les enroulements 30 et 32

est maximal mais dans l'autre sens.

Lorsque la porte 144 est ouverte, le signal du circuit démodulateur 130 de sinus est transmis par l'amplificateur 150 Comme l'indique la troisième courbe à partir du haut de la figure 6 représentant le signal de démodulatiôn de sinus, ce signal démodulé du circuit 130 s'annule en un point C correspondant au centre de

la piste Lorsque la position réelle se trouve d'un pre-

mier côté du centre de la piste, le signal est positif

alors que, lorsque la position réelle se trouve de l'au-

tre côté du centre, le signal est négatif Ce signal, lorsqu'il est transmis à l'amplificateur 150, provoque l'excitation des enroulements dans le sens qui assure

le déplacement du moteur vers le centre de la piste, l'am-

plitude du signal diminuant au fur et à mesure du rap-

prochement du centre Ce signal a aussi tendance à main-

tenir le moteur linéaire en face du centre de la piste puisque tout déplacement par rapport au centre est détecté par le transducteur de position et provoque l'apparition

d'une force de remise en position.

Lors du fonctionnement, lorsqu'une position voulue est indiquée par le circuit 41, les enroulements

et 32 du moteur linéaire sont excités afin qu'ils as-

surent un déplacement à vitesse maximale vers la piste indiquée, par excitation de l'un ou l'autre des circuits

142 et 143 Les signaux du transducteur 1007 après trai-

tement par les circuits 140 et 135, provoquent la forma-

tion d'impulsions réglant le nombre du compteur 136 afin que l'indication de la position actuelle de la piste soit conservée Lorsque la position de la piste voulue est atteinte, l'appareil passe en mode de positionnement fin

par commande de la porte 144 qui assure alors le posi-

tionnement du moteur au centre de la piste et maintient le moteur en position centrée.

Deux modes de réalisation supplémentaires d'au-

tres structures de stators sont représentés sur les fi-

gures 7 et 8 La structure de stator représentée sur la figure 7 comprend un noyau en deux parties, une pièce 170 en U ayant des branches parallèles 171 et 172 et une

pièce 173 en U ayant des branches parallèles 174 et 175.

Les extrémités libres des branches 171, 172 et 174, 175 sont séparées et forment des entrefers 176 et 177, et elles sont découpées en diagonale afin que la dimension des entrefers augmente avec la distance à l'aimant mobile L'enroulement bobiné 30 entoure les branches 171 et 174 et l'enroulement bobiné 32 entoure les branches 172

et 175.

Le flux de l'aimant 10 peut s'écouler de la surface des pôles Nord (face supérieure sur la figure 7) dans l'entrefer formé au-dessus de l'aimant, dans les branches 171 et 172, puis dans l'entrefer inférieur vers la surface des pôles Sud de l'aimant, ou il peut s'écouler de la surface des pôles Nord dans l'entrefer supérieur, dans les branches 174 et 175 et à la surface des pôles Sud après passage dans l'entrefer inférieur, ou le flux peut se diviser et suivre les trajets passant par les branches 171 et 172 d'une part et par les branches 174 et 175 d'autre part Le trajet particulier du flux dépend de la position de l'aimant 10 au moment considéré Comme

l'indique l'aimant, les entrefers présentés au flux res-

tent très uniformes quelle que soit la position de l'ai-

mant. Le flux magnétique créé par les aimants 30 et 32 circule dans les pièces 170 et 173 et s'écoule dans les branches 171 et 172, 174 et 175 et dans les entrefers 176 et 177 Ces derniers sont suffisamment grands pour

que les pièces du noyau ne se saturent pas.

Dans l'arrangement représenté sur la figure 7, l'ensemble est symétrique par rapport au centre du

trajet de l'aimant et en conséquence l'aimant a peu ten-

dance à se déplacer vers une position préférée particu- lière En outre, cet arrangement peut être préférable

dans les moteurs linéaires destinés à présenter un dé-

placement relativement grand de l'aimant.

La structure de stator représentée sur la fi-

gure 8 comporte un enroulement unique 185 et deux aimants mobiles 190 et 191 Le noyau magnétique 180 a une forme en E et comprend des branches parallèles 182, 183 et 184 et une partie 181 de raccordement En fait, le noyau 180 correspond à deux noyaux en U L'enroulement bobiné 185 entoure la branche centrale 184 Une plaque magnétique 187 est placée aux extrémités libres des branches 182

à 184 mais en est séparée par une entretoise non magné-

tique 186 Le flux magnétique de l'enroulement 185 se divise et suit un premier trajet passant par la branche

184, la partie supérieure de la partie 181 de raccorde-

ment, la branche 182 et la plaque 187, ou un second tra-

jet passant par la branche 184, la partie inférieure de

la partie 181 du pont,-la branche 183 et la plaque 187.

La plaque 187 réduit les flux marginaux et l'entretoise 186 suffit à la réduction du flux des enroulements à une

valeur qui évite la saturation du noyau 180 Le flux ma-

gnétique de l'aimant 190 passe de la surface des pôles Nord dans la branche 182, dans la partie 181, dans la branche 184 puis à la surface des pôles Sud de l'aimant 190 après passage dans l'entrefer qui contient la partie supérieure de l'enroulement 185 Le flux magnétique de l'aimant 191 part de la surface des pôles Nord et passe dans la branche 183, la partie 181, la branche 184 et revient à la surface des pôles Sud de l'aimant 191 après passage dans l'entrefer qui comprend la partie inférieure de l'enroulement 185 L'interaction du courant circulant dans la partie supérieure de l'enroulement 185 et du flux

magnétique de l'aimant 190 crée une force tendant à dé-

placer l'aimant 190, alors que l'interaction du courant circulant dans la partie inférieure de l'enroulement 185 avec le flux magnétique de l'aimant 191 crée une force tendant à déplacer l'aimant 191.

Des aimants 190 et 191 sont montés sur un cha-

riot commun (non représenté) afin que les forces tendant

à déplacer les aimants s'ajoutent La disposition re-

présentée sur la figure 8 présente l'avantage de ne né-

cessiter qu'un seul enroulement et d'utiliser le cou-

rant circulant à la fois dans la partie supérieure et

dans la partie inférieure de l'enroulement.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemples préférentiels et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 Appareil de positionnement linéaire, compre-

nant un moteur magnétique linéaire ayant un noyau de sta-

tor ( 20) en U formé d'un matériau magnétique et ayant des branches parallèles ( 22, 24), un enroulement ( 30, 32) disposé autour d'une branche au moins du noyau, les conducteurs formant l'enroulement étant constitués d'un matériau notablement magnétique, et un aimant permanent ( 10) mobile parallèlement aux branches du noyau et aimanté

transversalement afin que l'interaction du flux de l'ai-

mant et du courant circulant dans l'enroulement crée une force tendant à déplacer l'aimant; caractérisé en ce que l'appareil comporte en outre un transducteur ou capteur ( 70) de position comportant un élément fixe ( 72) associé au noyau, un élément mobile ( 71) fixé à l'aimant mobile, et un dispositif générateur d'un signal de position réelle représentatif des positions relatives des deux éléments

( 71, 72), et un circuit de commande sensible à une indi-

cation d'une position voulue pour l'aimant mobile et au

signal de position réelle, et destiné à alimenter l'en-

roulement avec un signal d'excitation dont la polarité

est telle que l'aimant est déplacé vers la position voulue.

2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément fixe ( 72) du transducteur ou capteur de position ( 70) est fixé au noyau fixe à la surface de l'enroulement ( 30) formé autour d'une branche ( 22) du noyau. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transducteur ( 70) de position est de type

capacitif.

4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le transducteur capacitif ( 70) est disposé dans

l'entrefer du moteur magnétique linéaire.

Appareil selon la revendication 1, caractérisé

en ce que le transducteur de position est de type optique.

6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transducteur < 70) de position est de type inductif. 7 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur magnétique linéaire comporte deux enroulements ( 30, 32), entourant chacun une branche ( 22,

24) du noyau.

8 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un second noyau ( 173) en U, formé d'un matériau magnétique et ayant des branches

parallèles, et un second enroulement ( 32), chaque enrou-

lement ( 30, 32) entourant une branche de chacun des noyaux ( 170, 173), et cette branche de l'un des noyaux ( 170) est séparée de la branche correspondante de l'autre noyau

( 173) par un entrefer ( 176, 177).

9 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau ( 180) comporte en outre une troisième branche parallèle ( 184) si bien que le noyau a une forme en E, et l'enroulement < 185) entoure la branche centrale ( 184) du noyau, l'appareil comprenant en outre un second aimant permanent ( 191) disposé entre la branche centrale

et la troisième branche.

10 Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 9, caractérisé en ce que les conducteurs des enroulements ( 30, 32) sont formés de fer ou de fer revêtu

de cuivre.

11 Appareil selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'il comprend un circuit de positionnement gros-

sier ( 142, 143 > relié afin qu'il alimente l'enroulement ( 30, 32) de manière que le moteur se déplace à la vitesse

maximale vers la position voulue lorsque la position vou-

lue diffère de la position réelle-, et un circuit ( 144)

de positionnement fin monté afin qu'il alimente l'enrou-

lement ( 30, 32) d'une manière qui assure un positionnement fin du moteur lorsque la position réelle correspond à

la position voulue.

12 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le transducteur ( 70) de position est de type capacitif. 13 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour le positionnement d'une tête

de lecture et d'enregistrement ( 70 ') d'un dispositif d'en-

traînement de disque à plusieurs pistes, et le transduc-

teur de position ( 70) est de type capacitif et a un des-

sin ayant un pas de répétition correspondant aux pistes

d'enregistrement du disque.

14 Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il est destiné au positionnement d'une tête de

lecture et d'enregistrement ( 70 ') d'un appareil d'entrai-

nement de disque à plusieurs pistes, en fonction de la

position indiquée de la piste voulue.

Appareil selon la revendication 14, caractérisé

en ce qu'il comporte un moteur linéaire destiné au posi-

tionnement de la tête 7 ce moteur ayant un enroulement ( 30, 32) destiné à provoquer le déplacement du moteur dans un sens qui dépend de la polarité de l'excitation de l'enroulement,

un transducteur ( 100) de position fixé au mo-

teur afin qu'il donne un signal de position représentatif

de la position de la tête-, ce signal comprenant une tran-

sition correspondant à chaque passage d'une frontière entre des pistes, et ayant une amplitude qui augmente avec la distance au centre de la piste au moins dans des régions proches de ce centre, et un circuit de commande de position qui comporte un compteur ( 136) relié au transducteur ( 100) de position

et destiné à modifier le nombre à la suite de chaque tran-

sition du signal de position afin qu'un nombre correspon-

dant à la position réelle de la tête soit conservé, un circuit de pilotage avant-arrière destiné à alimenter l'enroulement et relié au compteur ( 136), de manière qu'il provoque un déplacement du moteur vers une position dans laquelle la piste réelle correspond à la piste voulue,

et un circuit ( 144) de positionnement fin, relié au trans-

ducteur et sensible à l'amplitude du signal de position, ce circuit de positionnement fin étant relié à l'enroulement de manière que, lorsque la position de la piste réelle correspond à la position de la piste voulue, le moteur

se déplace vers le centre de la piste.

16 Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que le transducteur ( 70) de position est de type capacitif. 17 Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que le signal de position comporte une composante sinusoïdale, et la transition est un changement de polarité

de cette composante sinusoïdale.