TORRETA DE ORIENTACION DE DOS EJES CON MOTORIZACION PIEZOELECTRICA.

Dispositivo de orientación del tipo denominado torreta o cabeza de orientación "de dos ejes",

para orientar al menos un conjunto (4) de transmisión de al menos un haz óptico y/o electromagnético en elevación y/o en dirección, por rotación de dicho conjunto (4) de transmisión alrededor respectivamente de un eje (XX) de elevación y/o de un eje (YY) de dirección, dispositivo en el que dicho conjunto (4) de transmisión se monta de manera pivotante sobre una horquilla (2) alrededor de un primer eje, denominado eje (XX) de elevación, y adecuado para accionarse en rotación alrededor del denominado eje de elevación por un primer motor (13) soportado por dicha horquilla (2), horquilla (2) que se monta de manera pivotante sobre una base (1) alrededor de un segundo eje, denominado eje (YY) de dirección, perpendicular al eje (XX) de elevación, y adecuado para accionarse en rotación alrededor del denominado eje de dirección por un segundo motor (14) soportado por dicha base (1),

caracterizado porque el primer motor (13) es un motor piezoeléctrico rotativo de onda progresiva que comprende:

- un estator que comprende una corona (15) estatórica dentada de sección circular, soportada por dicha horquilla (2),

- un rotor que comprende un patín (19) rotórico anular de sección circular, sensiblemente coaxial a dicha corona (15) estatórica dentada alrededor del eje (XX) de elevación, y en apoyo axial contra dicha corona bajo un esfuerzo de pretensado, siendo dicho patín (19) rotórico anular solidario en rotación con un elemento (10) conducido, siendo dicho elemento conducido un primer soporte (10) de dicho conjunto (4) de transmisión con el que es solidario y estando accionado en rotación alrededor del eje (XX) de elevación por dicho primer motor, estando montado dicho conjunto (4) de transmisión sobre muñón por dicho primer soporte (10) alrededor del eje (XX) de elevación, sobre una primera (12) de dos ramas (12, 11) de dicha horquilla (2) entre las que dicho conjunto (4) de transmisión pivota, y

- al menos un anillo (17) piezoeléctrico con sectores de excitación de dicha corona (15) estatórica dentada, siendo también dicho anillo (17) sensiblemente coaxial a dicha corona (15) alrededor del eje (XX) de elevación y aplicándose contra una cara radial de dicha corona (15), con objeto de poder excitar dicha corona (15) estatórica y provocar el desplazamiento rotativo del rotor (19) cuando dichos sectores de excitación de dicho anillo (17) piezoeléctrico se alimentan con corriente eléctrica apropiada,

dispositivo de orientación en el que:

O BIEN el patín (19) rotórico anular del primer motor (13) está directamente integrado en dicho primer soporte (10) del conjunto (4) de transmisión, estando realizado de manera sobresaliente coaxialmente alrededor del eje (XX) de elevación sobre una cara radial de dicho primer soporte (10) que está enfrentado con la corona (15) estatórica de dicho primer motor (13), corona (15) que está soportada por dicha primera rama (12) de la horquilla (2),

O BIEN el patín (19) rotórico anular del primer motor (13) está directamente integrado en un extremo axial de un árbol (25) de accionamiento en elevación, sensiblemente coaxial a dicho patín (19) rotórico alrededor del eje (XX) de elevación y solidario en rotación con dicho primer soporte (10) del conjunto (4) de transmisión alrededor del denominado eje (XX) de elevación

Torreta de orientación de dos ejes con motorización piezoeléctrica.

La presente invención se refiere a un dispositivo de orientación del tipo denominado torreta o cabeza de orientación "de dos ejes", y más particularmente a una torreta de orientación con ángulos grandes que tiene capacidades de orientación y de velocidad excepcionales que permiten su aplicación a diversas funciones optrónicas que requieren una gran cobertura angular, una precisión y una velocidad de puntería elevada, y de espacio ocupado y masa pequeños.

Ya se conoce, concretamente a partir del documento US- 3 914 029, dispositivos de orientación del tipo denominado torreta o cabeza de orientación "de dos ejes", para orientar al menos un conjunto de transmisión de al menos un haz óptico y/o electromagnético en elevación y/o en dirección, por rotación de dicho conjunto de transmisión alrededor respectivamente de un eje de elevación y/o de un eje de dirección.

En estas torretas conocidas, el conjunto de transmisión, por ejemplo un bloque óptico con espejos o prismas adecuado para recibir un haz luminoso incidente que debe desviarse para producir un haz transmitido, se monta de manera pivotante sobre una horquilla alrededor de un primer eje denominado eje de elevación, y adecuado para accionarse en rotación alrededor de dicho eje de elevación por un primer motor soportado por dicha horquilla, que se monta de manera pivotante sobre una base alrededor de un segundo eje, denominado eje de dirección, perpendicular al eje de elevación, y es adecuado para accionarse en rotación alrededor de dicho eje de dirección por un segundo motor soportado por dicha base, que se monta sobre una plataforma que puede ser terrestre e inmóvil, o móvil y montada sobre un vehículo terrestre, un buque o una aeronave.

Sobre los dispositivos de orientación existentes de este tipo, los dos motores son motores rotativos eléctricos, es decir, motores electromagnéticos clásicos, que pueden ser motores de par o motores paso a paso.

Para proporcionar pares elevados, necesarios para la obtención de aceleraciones angulares y/o velocidades angulares suficientes para obtener tiempos de autoguiado de una torreta de orientación sobre un sector dado del espacio que sean apropiados para las diversas funciones optrónicas consideradas, las masas y espacios ocupados por estos motores son importantes, de ahí una gran inercia de la torreta, lo que tiene consecuencias negativas en los resultados buscados. Por eso, para aumentar el par proporcionado al tiempo que se mantienen los motores eléctricos en intervalos de masa y de espacio ocupado razonables, el accionamiento de los equipos móviles en elevación y en dirección se garantiza a partir de los motores eléctricos por medio de transmisiones con reductores mecánicos de velocidad. Pero la utilización de reductores mecánicos, necesarios en las motorizaciones de las torretas de orientación actualmente puestas en práctica, conlleva a su vez inconvenientes en cuanto a los costes, la presencia de rozamientos secos, los medios de reajuste de juego así como a una realimentación para compensar los defectos, es decir, para garantizar un posicionamiento tan preciso como sea posible de un haz, en particular óptico, emitido por la torreta de orientación.

La utilización de motores de par permite, evidentemente, prescindir de reductores de velocidad y del juego, pero, en cambio, estos motores no presentan ninguna relación par/masa interesante hasta el punto de permitir una reducción de volumen y de masa propicia al empleo de una torreta de orientación con motores de par sobre plataformas de pequeño tamaño (aeronave o vehículos terrestres) por la facilidad de integración natural de una torreta de este tipo.

Cuando los motores eléctricos de las torretas de orientación existentes son motores paso a paso, su inconveniente esencial es que el paso elemental de estos motores no es tan pequeño, lo que tiene como resultado una falta de precisión en la orientación de las torretas.

Así, la utilización de motorizaciones electromagnéticas conlleva una masa, un volumen, un consumo energético, y un coste que sería ventajoso reducir, siendo estos parámetros cruciales en los sistemas embarcados a bordo de aeronaves, o en los vehículos terrestres en los que el espacio es limitado.

Los dispositivos de orientación existentes de este tipo, que se basan en la utilización de las tecnologías clásicas, por tanto no permiten obtener los rendimientos buscados, tal como se ha mencionado anteriormente, de gran cobertura angular con una precisión y una velocidad de puntería muy elevadas, además de espacio ocupado, masas y costes pequeños, ventajosamente reforzados por una gran simplicidad de estructura, debido especialmente a que las tecnologías de motorización clásicas no permiten alcanzar una relación par/masa interesante, excepto a costa de rendimientos de masa y de volumen que no permiten una integración en una torreta orientable de una estructura apropiada a las aplicaciones y utilizaciones consideradas por la presente invención. De hecho, para torretas de orientación de este tipo, la arquitectura optomecánica debe presentar características de compacidad y de centrado propicias al equilibrio y a la compacidad general de un dispositivo de orientación según la presente invención.

Por consiguiente, un objetivo particularmente interesante de la invención es realizar una torreta de orientación, en particular para orientar un haz óptico láser, con un tiempo de autoguiado sobre cualquier sector del espacio situado en al menos un hemisferio (espacio superior a 2 p estereorradianes) tan corto como sea posible, y particularmente con un tiempo de autoguiado de 90º de una línea de visión óptica en menos de 100 ms, y preferiblemente en menos de 50 ms.

Otro objetivo de la invención es realizar una torreta de orientación del tipo presentado anteriormente, que proporciona la orientación más precisa posible, y que permite un desplazamiento del motor con el paso elemental más pequeño posible, por ejemplo, del orden del microrradián.

Un objetivo suplementario de la invención es también equipar una torreta de orientación de una motorización de piezas de orientación del o de los haces que proporcionan un par másico más elevado. En efecto, una motorización con fuerte par permite no solo economizar un dispositivo de reducción de velocidad, sino también minimizar el impacto de la masa de los propios motores en los efectos de inercia de la torreta, para así controlar mejor los desplazamientos y orientaciones del o de los haces, en particular óptico(s), minimizando simultáneamente el volumen de conjunto de la torreta.

Teniendo en cuenta lo anterior, sería particularmente ventajoso realizar una torreta de orientación que pudiera alcanzar los 90º de rotación de una línea de visión en menos de 100 ms, permitiendo minimizar el volumen, la masa y el consumo eléctrico, minimizar las partes externas al soporte sobre el que se fija una torreta de orientación de este tipo, y por tanto de minimizar los efectos nefastos de resistencia aerodinámica y de reducción del radio de acción, suprimir cualquier reductor de velocidad, aumentar la facilidad de integración en una aeronave (o cualquier vehículo o instalación terrestre o naval), aumentar el valor del par másico, tener un direccionamiento o cobertura espacial igual o superior a 2nsr, y sencillo y económico de poner en práctica y de realizar.

El documento US-5 172 023 da a conocer un motor que comprende:

- un estator que comprende una corona estatórica dentada de sección circular,

- un rotor que comprende un patín rotórico anular de sección circular, sensiblemente coaxial a la corona estatórica dentada y en apoyo axial contra la corona bajo un esfuerzo de pretensado,

- un anillo piezoeléctrico con sectores de excitación que sirve para excitar la corona estatórica dentada, siendo dicho anillo sensiblemente coaxial a la corona y aplicándose con objeto de poder excitar la corona estatórica y provocar el desplazamiento relativo del rotor cuando los sectores de excitación del anillo piezoeléctrico se alimentan con corriente eléctrica apropiada.

La invención tal como se define mediante las reivindicaciones 1 y 8 pretende mejorar la simplicidad, la compacidad del dispositivo de orientación y reducir la energía del equipo móvil en elevación.

Para ello, en cuanto al equipo móvil en dirección la invención propone un dispositivo de orientación que se distingue del documento US-3 914 029 por las características...

1. Dispositivo de orientación del tipo denominado torreta o cabeza de orientación "de dos ejes", para orientar al menos un conjunto (4) de transmisión de al menos un haz óptico y/o electromagnético en elevación y/o en dirección, por rotación de dicho conjunto (4) de transmisión alrededor respectivamente de un eje (XX) de elevación y/o de un eje (YY) de dirección, dispositivo en el que dicho conjunto (4) de transmisión se monta de manera pivotante sobre una horquilla (2) alrededor de un primer eje, denominado eje (XX) de elevación, y adecuado para accionarse en rotación alrededor del denominado eje de elevación por un primer motor (13) soportado por dicha horquilla (2), horquilla (2) que se monta de manera pivotante sobre una base (1) alrededor de un segundo eje, denominado eje (YY) de dirección, perpendicular al eje (XX) de elevación, y adecuado para accionarse en rotación alrededor del denominado eje de dirección por un segundo motor (14) soportado por dicha base (1),

caracterizado porque el primer motor (13) es un motor piezoeléctrico rotativo de onda progresiva que comprende:

- un estator que comprende una corona (15) estatórica dentada de sección circular, soportada por dicha horquilla (2),

- un rotor que comprende un patín (19) rotórico anular de sección circular, sensiblemente coaxial a dicha corona (15) estatórica dentada alrededor del eje (XX) de elevación, y en apoyo axial contra dicha corona bajo un esfuerzo de pretensado, siendo dicho patín (19) rotórico anular solidario en rotación con un elemento (10) conducido, siendo dicho elemento conducido un primer soporte (10) de dicho conjunto (4) de transmisión con el que es solidario y estando accionado en rotación alrededor del eje (XX) de elevación por dicho primer motor, estando montado dicho conjunto (4) de transmisión sobre muñón por dicho primer soporte (10) alrededor del eje (XX) de elevación, sobre una primera (12) de dos ramas (12, 11) de dicha horquilla (2) entre las que dicho conjunto (4) de transmisión pivota, y

- al menos un anillo (17) piezoeléctrico con sectores de excitación de dicha corona (15) estatórica dentada, siendo también dicho anillo (17) sensiblemente coaxial a dicha corona (15) alrededor del eje (XX) de elevación y aplicándose contra una cara radial de dicha corona (15), con objeto de poder excitar dicha corona (15) estatórica y provocar el desplazamiento rotativo del rotor (19) cuando dichos sectores de excitación de dicho anillo (17) piezoeléctrico se alimentan con corriente eléctrica apropiada,

dispositivo de orientación en el que:

O BIEN el patín (19) rotórico anular del primer motor (13) está directamente integrado en dicho primer soporte (10) del conjunto (4) de transmisión, estando realizado de manera sobresaliente coaxialmente alrededor del eje (XX) de elevación sobre una cara radial de dicho primer soporte (10) que está enfrentado con la corona (15) estatórica de dicho primer motor (13), corona (15) que está soportada por dicha primera rama (12) de la horquilla (2),

O BIEN el patín (19) rotórico anular del primer motor (13) está directamente integrado en un extremo axial de un árbol (25) de accionamiento en elevación, sensiblemente coaxial a dicho patín (19) rotórico alrededor del eje (XX) de elevación y solidario en rotación con dicho primer soporte (10) del conjunto (4) de transmisión alrededor del denominado eje (XX) de elevación.

2. Dispositivo de orientación según la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo motor (14) también es un motor piezoeléctrico rotativo de onda progresiva.

3. Dispositivo de orientación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque dicho conjunto (4) de transmisión está fijado entre dicho primer soporte (10) y un segundo soporte (9), que está montado sobre muñón alrededor del eje (XX) de elevación en la segunda rama (11) de dicha horquilla (2), por medio de un montaje deslizante axialmente que acopla el conjunto (4) de transmisión a un conjunto (27) codificador en elevación, adecuado para medir la rotación del conjunto (4) de transmisión alrededor del eje (XX) de elevación.

4. Dispositivo de orientación según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho segundo soporte (9) del conjunto (4) de transmisión se prolonga, según el eje (XX) de elevación, por un muñón (31) cilíndrico montado de manera rotativa alrededor del eje (XX) de elevación y axialmente deslizante en un taladro coaxial dispuesto en el buje de un disco (29) de sección circular guiado en rotación alrededor del eje (XX) de elevación en la segunda rama (11) de dicha horquilla (2) por al menos un rodamiento (30), prolongándose también dicho buje, coaxialmente alrededor del eje (XX) de elevación, por un elemento (32) de remate cilíndrico ajustado coaxialmente en el conjunto (27) codificador en elevación, que comprende preferiblemente un codificador óptico montado en la segunda rama (11) de dicha horquilla (2), estando unido dicho disco (29) en rotación a dicho segundo soporte (9) por medios (33) de bloqueo en rotación alrededor del denominado eje (XX) de elevación.

5. Dispositivo de orientación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha corona (15) estatórica dentada del estator y, eventualmente, dicho al menos un anillo (17) piezoeléctrico del primer motor (13) se soportan, coaxialmente alrededor del eje (XX) de elevación, de manera sobresaliente sobre una cara radial, girada hacia dicho conjunto (4) de transmisión, de una brida (24) fijada a dicha primera rama (12) de la horquilla (2), para soportar dicho primer motor (13).

6. Dispositivo de orientación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho patín (20) rotórico anular del primer motor (13) así como el o los elementos (25) solidarios en rotación con dicho patín atraviesan mecanismos (26) de rodamiento soportados por dicha horquilla (2).

7. Dispositivo de orientación según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conjunto de transmisión es un bloque óptico compatible con láser, que comprende un biprisma (4) o un conjunto de al menos dos espejos.

8. Dispositivo de orientación del tipo denominado torreta o cabeza de orientación "de dos ejes", para orientar al menos un conjunto (4) de transmisión de al menos un haz óptico y/o electromagnético en elevación y/o en dirección, por rotación de dicho conjunto (4) de transmisión alrededor respectivamente de un eje (XX) de elevación y/o de un eje (YY) de dirección, dispositivo en el que dicho conjunto (4) de transmisión se monta de manera pivotante sobre una horquilla (2) alrededor de un primer eje, denominado eje (XX) de elevación, y adecuado para accionarse en rotación alrededor del denominado eje de elevación por un primer motor (13) soportado por dicha horquilla (2), horquilla (2) que se monta de manera pivotante sobre una base (1) alrededor de un segundo eje, denominado eje (YY) de dirección, perpendicular al eje de elevación (XX), y adecuado para accionarse en rotación alrededor del denominado eje de dirección por un segundo motor (14) soportado por dicha base (1),

caracterizado porque el segundo (14) motor es un motor piezoeléctrico rotativo de onda progresiva que comprende:

- un estator que comprende una corona (16) estatórica dentada de sección circular, soportada por dicha base (1),

- un rotor que comprende un patín (20) rotórico anular de sección circular, sensiblemente coaxial a dicha corona (16) estatórica dentada alrededor del eje (YY) de dirección, y en apoyo axial contra dicha corona bajo un esfuerzo de pretensado, siendo dicho patín (20) rotórico anular solidario en rotación con un elemento (36) conducido, siendo dicho elemento (36) conducido un plato (36) de soporte de la horquilla (2) con el que es solidario y estando accionado en rotación alrededor del eje (YY) de dirección por dicho segundo motor (14), el elemento (36) conducido solidario de la horquilla (2) se dispone en disco anular por lo que la horquilla (2) se monta sobre muñón alrededor del eje (YY) de dirección sobre una placa (5) anular de la base (1), el disco (36) anular de la horquilla (2) y la placa (5) anular de la base (1) presentan cada uno un orificio (37, 6) central, permitiendo dichos orificios (37, 6) centrales el paso de al menos un haz y/o de medios de emisión y/o de recepción de al menos un haz hacia dicho conjunto (4) de transmisión y/o procedente de este último, y

- al menos un anillo (18) piezoeléctrico con sectores de excitación de dicha corona (16) estatórica dentada, siendo dicho anillo (18) también sensiblemente coaxial a dicha corona (16) alrededor del eje (YY) de dirección correspondiente y aplicándose contra una cara radial de dicha corona (16), con objeto de poder excitar dicha corona (16) estatórica y provocar el desplazamiento rotativo del rotor (20) cuando dichos sectores de excitación de dicho anillo (18) piezoeléctrico se alimentan con corriente eléctrica apropiada,

dispositivo de orientación en el que:

O BIEN dicho patín (20') rotórico anular del segundo motor (14) está directamente integrado en dicho disco (36) anular de la horquilla (2) estando realizado de manera sobresaliente sobre la cara radial de dicho disco (36) anular que se gira por el lado de la base (1),

O BIEN el patín (20) rotórico anular del segundo motor (14) está directamente integrado en un extremo axial de un árbol (35) de accionamiento en dirección que es tubular, solidario con dicho disco (36) anular de la horquilla (2), y desemboca, según el eje (YY) de dirección, en frente de dicho conjunto (4) de transmisión, a través del orificio (37) central de dicho disco (36) anular, para el paso de al menos un haz y/o de medios de emisión y/o de recepción de al menos un haz hacia el conjunto (4) de transmisión, y/o procedente de este último.

9. Dispositivo de orientación según la reivindicación 8, caracterizado porque dicha corona (16) estatórica dentada del estator y, eventualmente, dicho al menos un anillo (18) piezoeléctrico del segundo motor (14) se soportan de manera sobresaliente, coaxialmente alrededor del eje (YY) de dirección, sobre una cara radial de dicha placa (5) anular de la base (1) que se gira hacia dicha horquilla (2).

10. Dispositivo de orientación según una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque el segundo motor (14) se acopla sobre la base (1) a un conjunto codificador (41) en dirección, adecuado para medir la rotación angular de dicha horquilla (2) alrededor del eje (YY) de dirección.

11. Dispositivo de orientación según la reivindicación 10, caracterizado porque el segundo motor (14) y el conjunto codificador (41) en dirección se asocian en un conjunto motor-codificador montado sobre la base (1) de manera que el segundo motor (14) y el codificador (41) en dirección están situados sensiblemente a un lado y a otro de dicha placa (5) anular de la base (1).

12. Dispositivo de orientación según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque dicho patín (20) rotórico anular del segundo motor (14) así como el o los elementos (35) solidarios en rotación con dicho patín atraviesan mecanismos (38) de rodamiento soportados por dicha base (1).

13. Dispositivo de orientación según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque el conjunto de transmisión es un bloque óptico compatible con láser, que comprende un biprisma (4) o un conjunto de al menos dos espejos.

14. Dispositivo de orientación según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque el primer motor (13) es también un motor piezoeléctrico rotativo de onda progresiva.

15. Dispositivo de orientación según la reivindicación 14, caracterizado porque el primer motor (13) comprende:

- un estator que comprende una corona (15) estatórica dentada de sección circular, soportada por dicha horquilla (2),

- un rotor que comprende un patín (19) rotórico anular de sección circular, sensiblemente coaxial a dicha corona (15) estatórica dentada alrededor del eje (XX) de elevación, y en apoyo axial contra dicha corona bajo un esfuerzo de pretensado, siendo dicho patín (19) rotórico anular solidario en rotación con un elemento (10) conducido, siendo dicho elemento conducido un primer soporte (10) de dicho conjunto (4) de transmisión con el que es solidario y estando accionado en rotación alrededor del eje (XX) de elevación por dicho primer motor, estando montado dicho conjunto (4) de transmisión sobre muñón por dicho primer soporte (10) alrededor del eje (XX) de elevación, sobre una primera (12) de dos ramas (12, 11) de dicha horquilla (2) entre las que dicho conjunto (4) de transmisión pivota, y

- al menos un anillo (17) piezoeléctrico con sectores de excitación de dicha corona (15) estatórica dentada, siendo dicho anillo (17) también sensiblemente coaxial a dicha corona (15) alrededor del eje (XX) de elevación y aplicándose contra una cara radial de dicha corona (15), con objeto de poder excitar dicha corona (15) estatórica y provocar el desplazamiento rotativo del rotor (19) cuando dichos sectores de excitación de dicho anillo (17) piezoeléctrico se alimentan con corriente eléctrica apropiada,

en el que dispositivo de orientación:

O BIEN el patín (19) rotórico anular del primer motor (13) está directamente integrado en dicho primer soporte (10) del conjunto (4) de transmisión, estando realizado de manera sobresaliente coaxialmente alrededor del eje (XX) de elevación sobre una cara radial de dicho primer soporte (10) que está enfrentada con la corona (15) estatórica de dicho primer motor (13), corona (15) que está soportada por dicha primera rama (12) de la horquilla (2),

O BIEN el patín (19) rotórico anular del primer motor (13) está directamente integrado en un extremo axial de un árbol (25) de accionamiento en elevación, sensiblemente coaxial a dicho patín (19) rotórico alrededor del eje (XX) de elevación y solidario en rotación con dicho primer soporte (10) del conjunto (4) de transmisión alrededor del denominado eje (XX) de elevación.