FR2557640A1 - Slow motor with elastomer expansion - Google Patents
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Abstract
Description
AGENCvMRNT MOTEUR A ACTION LENTE
L'invention se rapporte à un agence.ment moteur permettant, par échauffement sélectif de certains de ses éléments constitutifs, d'appliquer à un objet une force suscept4ble de lui communiquer un mouvement lent.SLOW ACTION ENGINE AGENCvMRNT
The invention relates to a motor agency which allows, by selective heating of some of its constituent elements, to apply to an object a force capable of imparting to it a slow movement.
On sait qu'un ressort amortisseur à compression hydrostatique d'élastomère peut fournir une réaction élastique réglable par chauffage de l'élastomère contenu dans une enveloppe déformable au moyen d'une résistance électrique chauffante noyée en son sein. Un tel dispositif, qui est susceptible de fournir simultanément une force et un mouvement, constitue ainsi un moteur dans lequel l'énergie thermique apportée par le courant alimentant la résistance électrique est partiellement transformée en énergie mécanique. It is known that a hydrostatic compression spring of an elastomer can provide an adjustable elastic reaction by heating the elastomer contained in a deformable envelope by means of an electric heating resistor embedded therein. Such a device, which is capable of simultaneously providing a force and a movement, thus constitutes a motor in which the thermal energy provided by the current supplying the electrical resistance is partially transformed into mechanical energy.
Cependant, l'action mécanique étant obtenue grace à la dilatation d'un élastomère enfermé dans ladite enveloppe déformable, le mouvement dû à l'augmentation de température ne peut être réalisée en sens inverse que par refroidissement de ltélastomère, ce qui limite l'emploi d'un tel dispositif, le mouvement de retour n'étant dès lors pas facilement contrâlable. However, the mechanical action being obtained thanks to the expansion of an elastomer enclosed in said deformable envelope, the movement due to the increase in temperature can only be carried out in the opposite direction by cooling the elastomer, which limits the use of such a device, the return movement is therefore not easily controllable.
Afin de remédier à cet inconvénient, la présente invention consiste essentiellement en la réalisation d'une machine à double effet, dans laquelle au moins deux ressorts réglables électriquement sont placés en opposition et alimentés successivement par un courant électrique. In order to remedy this drawback, the present invention consists essentially in the production of a double-acting machine, in which at least two electrically adjustable springs are placed in opposition and successively supplied by an electric current.
Ainsi, un agencement moteur selon l'invention comprend au moins deux ressorts amortisseurs à compression hydrostatique d'élastomère montés en opposition de part et d'autre de l'objet et prenant appui d'un côte sur ledit objet et de l'autre sur des surfaces fixes, l'une ou l'autre des résistances de chauffage des ressorts étant alimentée en courant électrique suivant le sens de la force à appliquer à l'objet. Thus, a motor arrangement according to the invention comprises at least two damping springs with hydrostatic compression of elastomer mounted in opposition on either side of the object and bearing on one side on said object and on the other on fixed surfaces, one or the other of the heating resistances of the springs being supplied with electric current according to the direction of the force to be applied to the object.
De préférence, l'enveloppe de chacun des ressorts est en forme de tube cintré en S de section aplatie et sa résistance chauffante est constituée par une ame centrale stétendant sur toute la longueur du tube. Preferably, the envelope of each of the springs is in the form of a bent S-shaped tube of flattened section and its heating resistance consists of a central core extending over the entire length of the tube.
Dans une forme d'exécution avantageuse, l'agencement moteur selon l'invention comprend deux paires de ressorts amortisseurs à compression hydrostatique d'élastomère, montées en opposition de part et d'autre de l'objet dans une configuration telle que la résultante des forces appliquées à l'objet par les ressorts de l'une des paires et la résultante - de sens inverse des forces appliquées à l'objet par les resscrts de l'autre paire soient sensiblement colinéaires, ce qui est obtenu en particulier lorsque les supports des forces appliquées-par les ressorts à l'objet forment les arêtes d'un prisme imaginaire dont la section droite est un losange. In an advantageous embodiment, the engine arrangement according to the invention comprises two pairs of damping springs with hydrostatic elastomer compression, mounted in opposition on either side of the object in a configuration such that the result of the forces applied to the object by the springs of one of the pairs and the resultant - in the opposite direction of the forces applied to the object by the springs of the other pair are substantially collinear, which is obtained in particular when the supports forces applied by the springs to the object form the edges of an imaginary prism whose cross section is a rhombus.
Grace à un tel agencement moteur, l'objet est soumIs aux forces engendrées par quatre ressorts groupés en paires croisées opposées. Par commande des courants de chauffage de chacun d'eux, il est possible d'animer l'objet de tout mouvement lent désiré. Thanks to such a motor arrangement, the object is subjected to the forces generated by four springs grouped in opposite crossed pairs. By controlling the heating currents of each of them, it is possible to animate the object of any desired slow movement.
L'objet est de préférence supporté uniquement par les ressorts des deux paires précitées. I1 peut, par commande sélective des quatre courants de chauffage, être déplacé aussi bien en translation que suivant un mouvement angulaire quelconque lui donnant telle assiette désirée. The object is preferably supported only by the springs of the two aforementioned pairs. I1 can, by selective control of the four heating currents, be moved both in translation and in any angular movement giving it such desired attitude.
Les résistances des ressorts de chaque paire peuvent aussi être alimentées par des courants électriques de valeur égale, ce qui convient lorsque l'objet doit etre animé d'un simple mouvement de translation, au moins approximativement, auquel cas il peut être guidé dans ses déplacements suivant une trajectoire rectiligne ou seulement voisine d'une droite, les ressorts acceptant sans dommage des déformations élastiques notables dans toutes les directions. The resistances of the springs of each pair can also be supplied by electric currents of equal value, which is suitable when the object must be animated by a simple translational movement, at least approximately, in which case it can be guided in its movements following a straight path or only close to a straight line, the springs accepting without damage noticeable elastic deformations in all directions.
Un agencement moteur selon l'invention présente des avantages résultant de la nature des moyens employés pour transformer l'énergie électrique en énergie mécanique. En effet, ses principaux éléments constitutifs sont des ressorts amortisseurs qui s'opposent aux phénomènes de résonance mécanique ainsi qu'à toutes oscillations parasites susceptibles de perturber la précision du mouvement de l'objet, ce dernier étant actionné sans aucun élément intermédiaire tel qu'un train d'engrenages. De plus, la liaison -entre l'objet mobile et les surfaces d'appui fixes peut être assurée sans frottements solides, ce qui favorise la précision de positionnement de celui-ci. A motor arrangement according to the invention has advantages resulting from the nature of the means used to transform electrical energy into mechanical energy. Indeed, its main constituent elements are shock-absorbing springs which oppose the phenomena of mechanical resonance as well as any parasitic oscillations liable to disturb the precision of the movement of the object, the latter being actuated without any intermediate element such as a gear train. In addition, the connection -between the movable object and the fixed bearing surfaces can be ensured without solid friction, which promotes the positioning accuracy of the latter.
Un agencement moteur selon l'invention peut trouver de nombreuses applications avantageuses, par exemple pour assurer l'ouverture et la fermeture programmée de vannes, pour mettre en place et maintenir en une position géométriquement déterminée une table mécanique, ou pour assurer la suspension élastique, avec correction d'assiette, de la coque d'un véhicule par rapport à des éléments de châssis solidaires des roues. A motor arrangement according to the invention can find numerous advantageous applications, for example for ensuring the programmed opening and closing of valves, for installing and maintaining in a geometrically determined position a mechanical table, or for ensuring elastic suspension, with attitude correction, of the hull of a vehicle with respect to chassis elements integral with the wheels.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non linitatifs. Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, with reference to the appended drawings, of non-illustrative embodiments.
La figure 1 représente en élévation, avec coupe partielle, un ressort amortisseur à compression hydrostatique d'élastomère utilisable dans un agencement moteur selon l'invention. FIG. 1 shows in elevation, with partial section, a damping spring with hydrostatic compression of elastomer usable in a motor arrangement according to the invention.
La figure 2 représente schématiquement en coupe par un plan vertical un agencement moteur à deux ressorts en opposition. Figure 2 shows schematically in section through a vertical plane an engine arrangement with two springs in opposition.
La figure 3 représente schématiquement un agencement moteur à deux paires de ressorts en opposition. FIG. 3 schematically represents an engine arrangement with two pairs of opposing springs.
Les figures 4 et 5 représentent des coupes de la figure 3 respectivement suivant les lignes IV - IV et V - V. Figures 4 and 5 show sections of Figure 3 respectively along lines IV - IV and V - V.
La figure 6 représente une variante de l'agencement de la figure 3, sans éléments de guidage. FIG. 6 represents a variant of the arrangement of FIG. 3, without guide elements.
On voit sur la figure 1 la structure d'un ressort amortisseur à compression hydrostatique d'élastomère du type utilisé dans les exemples de réalisation qui vont être décrits. Un tel ressort est essentiellement constitué, conformément à la
o demande de brevet français n 82 / 13 475, par un tube déformable 3 cintré en S, de section aplatie, rempli d'une masse d'élastomère 4 à fort coefficient de dilatation thermique, les deux extrémités du tube 3 étant fermées par un embout métallique 5.Aux embouts 5 se raccorde une ti & métallique 6 cintrée en S comme le tuee 3, formant dans celui-ci une âme centrale; cette tige constitue une résistance électrique qui, lorsqu'elle est alimentée en courant électrique via les embouts 5, échauffe l'élastomère 4; celui-ci, en se dilatant, provoque une déformation en extension du ressort qui se manifeste par un accroissement de l'écartement D des faces d'appui 7 de blocs 9 fixés mécaniquement aux extrémités du tube 3. Le ressort est alors- susceptible de déployer une force suivant une ligne d'action L qui est la droite support de la force.FIG. 1 shows the structure of a damping spring with hydrostatic compression of elastomer of the type used in the exemplary embodiments which will be described. Such a spring is essentially constituted, in accordance with the
o French patent application n 82 / 13,475, by a deformable tube 3 bent in S, of flattened section, filled with a mass of elastomer 4 with high coefficient of thermal expansion, the two ends of the tube 3 being closed by a metal tip 5.At the ends 5 is connected a metal ti 6 bent in S like the killer 3, forming in it a central core; this rod constitutes an electrical resistance which, when supplied with electric current via the end pieces 5, heats the elastomer 4; this, by expanding, causes an extensional deformation of the spring which is manifested by an increase in the spacing D of the bearing faces 7 of blocks 9 mechanically fixed to the ends of the tube 3. The spring is then liable to deploy a force along a line of action L which is the right support of the force.
Suivant la figure 2, un moteur lent selon l'invention est constitué par deux ressorts 1, 2, du type décrit ci-dessus, disposés de part et d'autre d'un objet 8 qu'il s'agit de déplacer et prenant par ailleurs appui sur des surfaces fixes 19 et 29 respectives. Les lignes d'action L des deux ressorts, confondues, déterminent la direction de déplacement de l'objet 8. Si l'on alimente la résistance chauffante du ressort inférieur 1, celui-ci fait se déplacer vers le haut l'objet 8. Si, inversement on alimente la résistance chauffante du ressort supérieur 2, ce dernier fait se déplacer vers le bas l'objet 8. According to Figure 2, a slow motor according to the invention consists of two springs 1, 2, of the type described above, arranged on either side of an object 8 which is to move and taking also supported on respective fixed surfaces 19 and 29. The lines of action L of the two springs, taken together, determine the direction of movement of the object 8. If one supplies the heating resistance of the lower spring 1, the latter makes the object 8 move upwards. If, conversely, the heating resistance of the upper spring 2 is supplied, the latter causes the object 8 to move downwards.
Les figures 3 à 6 montrent une autre forme d'exécution dans laquelle ce ne sont pas deux ressorts qui sont mis en opposition pour agir sur un objet, mais deux paires de ressorts. Figures 3 to 6 show another embodiment in which it is not two springs which are placed in opposition to act on an object, but two pairs of springs.
Une paire inférieure 10 de ressorts 1 est placée entre un côté de l'objet 8 et une surface d'appui 19, leurs lignes d'action A et B étant parallèles entre elles et perpendiculaires à la surface 19.A lower pair 10 of springs 1 is placed between one side of the object 8 and a bearing surface 19, their lines of action A and B being parallel to each other and perpendicular to the surface 19.
Une paire supérieure 20 de ressorts 2 est placée entre l'autre côté de l'objet 8 et une surface d'appui 29 parallèle à la surface 19 (lesquelles surfaces appartiennent à un carter 12 enveloppant l'ensemble des ressorts 1, 2). Les lignes d'action C et D des ressorts 2 sont parallèles aux lignes d'action A et B des ressorts 1 et forment avec celles-ci les arêtes d'un prisme dont la section droite est un losange (figure 4). Les lignes A, B passent par les extrémités d'une diagonale du losange et les lignes C D par celles de l'autre diagonale de celui-ci. L'axe 0 dudit prisme constitue le support commun de la résultante des forces des ressorts 1 et de la résultante des forces des ressorts 2.An upper pair 20 of springs 2 is placed between the other side of the object 8 and a bearing surface 29 parallel to the surface 19 (which surfaces belong to a casing 12 enveloping all of the springs 1, 2). The lines of action C and D of the springs 2 are parallel to the lines of action A and B of the springs 1 and form with them the edges of a prism whose cross section is a rhombus (FIG. 4). Lines A, B pass through the ends of one diagonal of the diamond and lines C D through those of the other diagonal thereof. The axis 0 of said prism constitutes the common support of the resultant of the forces of the springs 1 and of the resultant of the forces of the springs 2.
Suivant les figures 3 à 5, l'objet 8 est doté d'une tige de guidage il dont l'axe est confondu avec l'axe O du prisme précité et qui passe par des ouvertures conjuguées 13, 14 prévues dans les surfaces d'appui 19 et 29. Cette tige de guidage, qui peut être reliée à un organe à actionner (non représenté), impose à l'objet 8 de se déplacer en translation rectiligne suivant la direction des lignes d'action des ressorts, soit vers le haut (moitié de gauche de la figure 5) lorsqu'on alimente électriquement les deux ressorts 1 de la paire inférieure 10, soit vers le bas (moitié de droite de la figure 5) lorsqu'on alimente les deux ressorts 2 de la paire supérieure 20. Il convient ici d'alimenter les deux ressorts d'une même paire par un courant électrique égal. According to Figures 3 to 5, the object 8 is provided with a guide rod il whose axis coincides with the axis O of the aforementioned prism and which passes through conjugate openings 13, 14 provided in the surfaces of support 19 and 29. This guide rod, which can be connected to a member to be actuated (not shown), requires the object 8 to move in rectilinear translation in the direction of the lines of action of the springs, ie towards the top (left half of Figure 5) when electrically supplying the two springs 1 of the lower pair 10, or down (right half of Figure 5) when supplying the two springs 2 of the upper pair 20. It is necessary here to supply the two springs of the same pair with an equal electric current.
Dans le cas de la figure 6, la disposition des deux paires de ressorts 1, 2 par rapport à l'objet 8 est inchangée; toutefois, aucun guidage n'est prévu pour ce dernier. Par alimentation différentielle des ressorts de chaque paire, il est alors possible d'amener l'objet 8 à se déplacer angulairement pour prendre toute assiette désirée. In the case of Figure 6, the arrangement of the two pairs of springs 1, 2 relative to the object 8 is unchanged; however, no guidance is provided for the latter. By differential supply of the springs of each pair, it is then possible to cause the object 8 to move angularly to take any desired attitude.
En pratique, les forces appliquées à l'objet mobile seront généralement du même ordre que les forces résistantes, les accélérations étant relativement tès faibles. Ces forces sont susceptibles de varier en O et 105 newtons, tandis que les vitesses de déplacement peuvent être réglées entre O et 1 zm/s, 2 l'accélération maximale étant de 1 mm/s2. In practice, the forces applied to the moving object will generally be of the same order as the resistive forces, the accelerations being relatively very weak. These forces are likely to vary in O and 105 newtons, while the displacement speeds can be adjusted between O and 1 zm / s, 2 the maximum acceleration being 1 mm / s2.
Il est toutefois à remarquer que la puissance moyenne électrique fournie à un agencement moteur doit être limitée aux possibilités de refroidissement des enveloppes déformables des ressorts à réaction élastique réglable. La puissance moyenne dissipée par chaque ressort peut être de l'ordre de 10 à 100 watts, la puissance maximale instantanée étant d'environ 500 à 2000 watts, suivant les dimensions de l'enveloppe. Eventuellement, un soufflage d'air peut être prévu pour accélérer le refroidissement des ressorts. It should however be noted that the average electrical power supplied to a motor arrangement must be limited to the possibilities of cooling the deformable envelopes of the springs with adjustable elastic reaction. The average power dissipated by each spring can be of the order of 10 to 100 watts, the maximum instantaneous power being approximately 500 to 2000 watts, depending on the dimensions of the envelope. Optionally, air blowing can be provided to accelerate the cooling of the springs.
Les termes "haut", "bas" utilisés dans la description qui précède se réfèrent simplement à la représentation des dessines. il est clair que les agencements moteurs décrits fonctionnent indifféremment dans toute orientation par rapport à la verticale. The terms "top", "bottom" used in the foregoing description simply refer to the representation of the drawings. it is clear that the engine arrangements described operate indifferently in any orientation relative to the vertical.
Claims (8)
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ID=9299793
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