appareil d'isocinétisme

Electronicien et fabricant de matériel pour kinésithérapeutes, j'ai le projet de faire un appareil de rééducation du mouvement à vitesse constante et réglable. Dans leur jargon, les kinés utilisent le terme d'appareil d'isocinétisme, c'est à dire mouvement à vitesse constante quelque soit la force exercée.
Maintenant que je sais asservir la vitesse d'un moteur CC par sa Fcem (et sans tachy), je cherche le moteur qui ira bien pour cette application.
Le principe du montage: un moteur CC directement couplé avec un cylindre sur lequel est enroulé un filin tenu à l'autre extrémité par le patient (avec éventuellement un capteur de position). Le patient tire sur le filin à une vitesse définie (et limitée) par le kiné (0,2 à 2m/s), à la fin du mouvement le moteur rembobine le filin à sa position initiale.
Pour définir ce moteur, il faut savoir que la vitesse n'a pas d'importance, il faut surtout du couple.
Avec un cylindre porte-filin de Ø10cm, il faudrait un couple maxi de 12Nm, le système doit supporter une force de 20Kg à vitesse très basse. Pour contrôler le couple et la vitesse du moteur j'entre le courant et la tension dans mon système de contrôle.
Pour ce projet, j'ai pensé détourner de son origine un moteur CC de vélo à assistance électrique ou un moteur-couple, mais peu compétant en électrotech, j'ai du mal à définir les caractéristiques d'un tel moteur.

Bonjour

Un peu confus tout cela, pour un lecteur qui découvre ce que tu veux faire ..

Je laisses de coté ce que tu sembles maîtriser … la commande en tension (image vitesse) , et surveillance en courant (image du couple ) , tout au moins pour un moteur ) à CC à induction constante ( aimants permanents par exemple).
Ceci devant être assez complexe à maîtriser dans ton cas, où un humain peut faire n’importe quoi …..


Tu sembles t’orienter vers un moteur à assistance électrique pour vélo ……
C’est certainement un choix cohérent, car de plus, ce genre de moteur se monte sur l’axe de roue (jante rayonnée ), et tu as un tambour (ou équivalent ) d’environ 10 cm ….

Prenons le problème à l’envers ….
Supposons un moteur type 250 W à 30 KmH au centre d’une roue de 700
A noter, qu’il est fourni avec un contrôleur 36V 15 A ( 540 W ) , ce qui est cohérent.
Pour info et voir de quoi il s’agit :
http://www.cycloboost.com/61-kit-velo-electrique-250w-700c-arriere.html

Diamètre de roue = 700 cm , donc développé = 2,198 M
Vitesse = 30 Km/H è 8,33 m/s donc 8,33/2,198 = 3,79 tours/seconde
Vitesse de rotation arrondie à 4 tours/s ( 240 t/mn ) soit 25 Radians/s


Puissance 250 W P = C x Omega d’où Couple C = P/Omega = 250 / 25 = 10 Nm

Sur 1 rayon de 10 cm , cela fera une force de F = C/R = 10 / 0,05 = 200 N ( env 20 Kg )
Cohérent avec ton besoin ….. Pour l’augmenter , il suffit de jouer sur la puissance du moteur

Vitesse d’enroulement, à ce point nominal ,
Développé d’enroulé DE = Diam x 3.14 = 0,1 x 3,14 = 0,0314 M
Vitesse de 3,79 t/s è 3,79 x 0, 0314 = 0,120 mètres /seconde
Trop faible pour ton besoin 0,2 à 2 m/s
Mais au fait, je vois mal un patient tirer sur un filin à 2 m/s ????


Ce n’est qu’une première approximation, liée à un type de moteur ..
-On en trouve de bien plus puissants
-Mais la puissance nominale est définie vers 30 Km/h, …. On devrait pouvoir le faire tourner plus vite sans danger ….. (je ne connais rien sur ces moteurs )
-On peut aussi augmenter le diamètre d’enroulement du filin … est-ce possible sur ta machine …

Bref, un premier aperçu, j’attends tes réactions


Cordialement

PS j'espère ne pas m'être trompé dans mes calculs ....

Merci Loup Blanc,
Le moteur de vélo me plait bien a priori avec le moyeu pour y enrouler le filin.
Pour la vitesse, 2m/s, je pense que ça peut servir, par exemple pour rééduquer l'épaule d'un tennisman.
(Voir la doc du Moflex http://medimex.athlex.free.fr/index2.php?page=moflex)

D'après mes recherches, il semblerait que la plupart des moteurs de vélo soient brushless.
Brushless ou à frotteurs, je n'ai pas de préférence (d'autant plus que je n'ai pas suffisamment de compétences pour faire un choix), la seule chose qui est importante pour moi, c'est pouvoir mesurer un courant proportionnel au couple. Comment sont configurées les bobines de ces moteurs brushless? et comment sont-ils alimentés?
Voilà à peu près ce que je veux faire
https://www.youtube.com/watch?v=ACGpmag06zU

Bonjour

OK , c'est maintenant trés "parlant" ....

Mais, en final, c'est le couple que tu veux asservir à une valeur "affichée" , ?
le système se limitant à tenter de remboniner le filin ....

Et quel ordre de précision veux-tu dans le contrôle du couple ? ( car c'est là la base de toute étude )....

Cordialement

Comme son nom l'indique, isocinétique veut dire à "vitesse constante".
Même si le patient tire comme une brute, son mouvement ne sera pas plus rapide que la machine (ou plutôt le kiné) ne l'a décidé. C'est donc bien sur la vitesse que je dois faire l'asservissement, donc par la Force-Contre-Electro-Motrice car je crois savoir que la Fcem est proportionnelle à la vitesse. Je crois savoir aussi que Tension= RI+Fcem ou Fcem= Tension-RI. Moteur bloqué, j'ai Fcem=0 donc Tension= RI. Connaissant I (que je mesure), j'en déduis R.
Il me faut donc pouvoir mesurer la tension et le courant et faire l'opération pour obtenir cette Fcem pour pouvoir faire l'asservissement avec cette donnée.
Maintenant, dans cette application le moteur ne fonctionne pas en "moteur" mais plutôt en "frein" (sauf pour le rembobinage du filin) et un fabricant a fait autrefois un appareil similaire avec un frein électromagnétique (MEROBEL).

RE

Tu n'a pas répondu .....car il est impossible d'avoir une "force rigoureusement constante" , par exemple 100 Newton ......
Tu auras automatiquement une erreur due :
- à la non linarité du système
- à l'inertie mécanique des pièces en mouvement ( essentiellement inertie du rotor)
- au fait que tu n'as pas de mesure directe du couple utile (c'est à dire de l'effort), car tu essaie de le reconstuer un couple ( par ex avec une MCC par la fce = U -R*I ... encore que ce ne doit pas être évident ...dans le cas d'une alimentation en courant haché par MLI )...

Par exemple, si tu affiche 100 N (10 Kgf) , accestes-tu par exemple 100 N +/- 20 N dans t(outre la gamme de vitesse , excepté les transitoire (inertie mécanique) de départ et d'arrêt ...

Pour un moteur brushless , j'avoue ne pas savoir comment faire ....
mais il y a peut-être des lecteurs qui maîtrisent .....

Pour un moteur à CC , tu sembles maitriser .... (tout dépend peut-être du type d'alimentation, quoiqu'on puisse toujours élaborer des valeurs "moyenne ou efficace"

Une solution peut-être plus simple serait d'utiliser un moteur asynchrone triphasé , alimenté avec un variateur de fréquence MONO/TRI ...... Le seul affichage de la fréquence te donne un couple de démarrage (dans la zone 0 à +/- 80 % de la vitesse ). Il suffit de d'utiliser un moteur qui a une caractéristique "plate" .. si_ toutefois la précision te suffit ...

Et, question bête .... comment sont faites les machines existantes ..... En général, on commence par faire un point de l'existant, c'est à dire du marché .....

Cordialement[i]

La précision du couple? Je ne pense pas que du 3% soit nécessaire.
Je me doute bien aussi que le couple n'est pas parfaitement linéaire avec le courant, mais remettons les choses dans leur contexte, il ne s'agit pas de faire de la métrologie, il est clair qu'il y a dans ce projet des essais à réaliser, mais il faut commencer par faire un proto et pour cela il me faut un moteur, une dynamo, une génératrice, un frein electromagnétique.... ou je ne sais quelle machine d'électrotech! si encore elle existe!!!

Bonjour

De toutes façons, 3%, il ne fallait pas y compter , surtout sans une vraie boucle de retour ....

Si tu dis 20 % de la valeur affichée , c'est peut-être jouable
Si tu dis 50 % de la valeur affichée, c'est jouable ...

Comme je te le disais, il faut d'abord analyser et quantifier les perfos d'un appareil existant ..( la mesure de l'effort, .. même avec un peson à ressort) est facile à faire ..)
Celà te permets d'avoir un point de repère .. et de décider les actions à engager pour avoir un produit présentant un "plus" .... c'est important en marketing .... pouvoir annoncer des perfos que la concurence ne peut pas tenir .....
Je serais bien curieux de tracer la courbe (Effort = f (Vitesse ) ) d'un appareil installé ..

Cordialement