SUSPENSIÓN CARDÁNICA MEJORADA.

Una disposición de suspensión cardánica que comprende: un receptáculo (6),

que tiene una superficie interna de casquete de esfera, con un primer radio; una bola (2), situada dentro del receptáculo y que tiene una superficie externa de casquete de esfera, con un segundo radio que es más pequeño que el primer radio; la bola; un primer conjunto geométricamente ordenado de electroimanes (5), montados en la superficie externa de un segundo conjunto geométricamente ordenado de electroimanes (7), montados en la superficie interna del receptáculo; y medios (9) para suministrar potencia selectivamente a electroimanes diferentes de los electroimanes de los dos conjuntos geométricamente ordenados (5, 7), a fin de soportar la bola (2) en el interior del receptáculo (6) por repulsión magnética mutua entre algunos electroimanes de los primer y segundo conjuntos geométricamente ordenados, en una posición en la que las superficies de casquete de esfera de la bola y del receptáculo son sustancialmente concéntricas en torno a un centro común, y para controlar la orientación de la bola (2) con respecto al receptáculo (6) por interacción magnética entre diferentes electroimanes de los primer y segundo conjuntos geométricamente ordenados (5, 7)

Esta invención se refiere a un diseño de suspensión cardánica mejorada y, en particular, a una suspensión cardánica mejorada destinada al montaje de un sensor óptico tal como una cámara.

A fin de permitir que un sensor se haga rotar independientemente alrededor de dos ejes ortogonales o perpendiculares, los diseños de suspensión cardánica conocidos están basados en la solución general de disponer dos plataformas o cajas, cada una de las cuales se monta en un conjunto independiente de cojinetes y dispositivos de accionamiento con el fin de controlar la rotación alrededor de uno de los ejes, de tal manera que la plataforma interior se monta en la plataforma exterior al objeto de permitir al sensor rotar independientemente alrededor de los dos ejes ortogonales. Similarmente, a fin de permitir que un sensor se haga rotar independiente alrededor de tres ejes ortogonales, se utilizan tres plataformas montadas sucesivamente unas sobre otras.

Se presentan diversos problemas con esta solución. El elevado número de componentes convierte a las disposiciones de suspensión cardánica conocidas en irrealizables, caras y complejas de ensamblar. Por otra parte, el elevado número de componentes hace difícil reducir la escala de la suspensión cardánica para sensores de pequeño tamaño.

El documento US 5.476.018 describe un motor de rotor esférico en el que la rotación del rotor es impulsada por la interacción de un conjunto de imanes permanentes con un conjunto de electroimanes. En todas las realizaciones ilustradas en los dibujos, los imanes permanentes están montados en el rotor y los electroimanes están montados en el estator.

La presente invención se ha realizado con la intención de superar, al menos en parte, estos problemas.

En un primer aspecto, la invención proporciona una disposición de suspensión cardánica que comprende:

un receptáculo que tiene una superficie interna de casquete de esfera, con un primer radio;

una bola, situada dentro del receptáculo y que tiene una superficie externa de casquete de esfera, con un segundo radio que es más pequeño que el primer radio;

un primer conjunto geométricamente ordenado de electroimanes, montados en la superficie externa de la bola;

un segundo conjunto geométricamente ordenado de electroimanes, montados en la superficie interna del receptáculo; y

medios para suministrar potencia selectivamente a electroimanes diferentes de los electroimanes de los dos conjuntos geométricamente ordenados, a fin de soportar la bola en el interior del receptáculo por repulsión magnética mutua entre algunos electroimanes de los primer y segundo conjuntos geométricamente ordenados, en una posición en la que las superficies de casquete de esfera de la bola y del receptáculo son sustancialmente concéntricas, y para controlar la orientación de la bola con respecto al receptáculo por interacción magnética entre diferentes electroimanes de los primer y segundo conjuntos geométricamente ordenados.

Se describirá a continuación una realización preferida de la invención, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a las figuras esquemáticas que se acompañan, en las cuales:

la Figura 1 muestra una vista lateral de una cámara montada en suspensión cardánica, de acuerdo con una primera realización de la invención;

la Figura 2 muestra una vista frontal de la cámara montada en suspensión cardánica de la Figura 1;

la Figura 3 muestra una vista en corte transversal de la cámara montada en suspensión cardánica de la Figura 1;

la Figura 4 muestra un ejemplo de configuraciones de fuerza magnética que se utilizan en la cámara montada en suspensión cardánica de la Figura 1; y

la Figura 5 muestra una vista lateral de una cámara montada en suspensión cardánica de acuerdo con una segunda realización de la invención.

La presente invención está basada en el concepto general de formar un montaje en suspensión cardánica para una bola esférica interior y un receptáculo esférico exterior, de tal manera que la bola y el receptáculo son concéntricos y la bola se dispone suspendida y se hace rotar dentro del receptáculo por medio de una pluralidad de electroimanes dispuestos en las superficies opuestas de la bola y el receptáculo.

En las Figuras 1 a 4 se muestra un ejemplo de un conjunto de cámara de vídeo 1 montada en suspensión cardánica de acuerdo con una primera realización de la presente invención y que permite tres ejes de rotación. La Figura 1 muestra una vista lateral del conjunto de cámara 1 y la Figura 2 muestra una vista frontal.

El conjunto de cámara 1 comprende una bola esférica, interior y hueca 2, que tiene una cavidad interna 3 que alberga una cámara de vídeo. La cámara de vídeo tiene un campo de visión hacia el exterior desde una primera abertura delantera 4 existente en la bola 2. La bola 2 está montada dentro de un receptáculo de casquete de esfera 6 que tiene una superficie interna concéntrica con la bola 2, y una primera abertura delantera 8 que define los límites del campo de visión de la cámara de vídeo.

La superficie externa de la bola 2 está sustancialmente cubierta por un primer conjunto geométricamente ordenado de electroimanes 5, y la superficie interna del receptáculo 6 está cubierta por un segundo conjunto geométricamente ordenado de electroimanes 7. Los electroimanes 5 y 7 están situados en, o cerca de, las superficies respectivas de la bola 2 y del receptáculo 6 con el fin de minimizar la separación entre los electroimanes 5 y 7 de los dos conjuntos geométricamente ordenados y maximizar así la intensidad de su interacción. La posición precisa de los electroimanes 5 y 7 en relación con las superficies respectivas de la bola 2 y del receptáculo 6 no es crucial para la invención. Los electroimanes 5 y 7 pueden disponerse sobre las respectivas superficies, a nivel o enrasados con las superficies, o por debajo de las superficies, según se desee, por ejemplo, con el fin de proteger los electroimanes o para permitir una fabricación apropiada.

La bola 2 y el receptáculo 6 pueden estar hechos de cualquier material adecuado, por ejemplo, metal, material cerámico o un material plástico. Los métodos de fabricación que se empleen para formar la bola 2 y el receptáculo 6 dependerán, en parte, de los materiales que se escojan, pero ejemplos de posibles técnicas son la rectificación, la colada y el moldeo. Con el fin de simplificar la fabricación del conjunto, se preferirá, por lo común, formar cada uno de la bola 2 y el receptáculo 6 en varias secciones que se aseguren entre sí durante la fabricación.

Durante el uso, la bola 2 se mantiene suspendida o levitante en el interior del receptáculo 6 por la repulsión magnética mutua entre los electroimanes 5 y 7 de los primer y segundo conjuntos geométricamente ordenados. Este soporte de la bola 2 por repulsión magnética, sin contacto físico entre la bola 2 y el receptáculo 6, elimina el rozamiento entre la bola 2 y el receptáculo y permite un movimiento suave y altamente controlable de la bola 2.

El movimiento angular u orientación de la bola 2 dentro del receptáculo 6 se modifica y controla mediante un control independiente de la intensidad y la polaridad de los campos magnéticos emitidos por electroimanes diferentes de entre los electroimanes 5 y 7. En la realización que se divulga, la intensidad y la polaridad de los campos magnéticos emitidos por electroimanes diametralmente opuestos 5 y 7 de cada uno de los primer y segundo conjuntos geométricamente ordenados, se controlan de manera que sean las mismas. Se prefiere esta “reproducción especular” de los electroimanes 5 y 7 de los lados opuestos del aparato 1 con el fin de asegurarse de que la levitación de la bola 2 no se vea obstaculizada por los cambios en la intensidad y en la polaridad de los campos magnéticos emitidos por electroimanes diferentes de entre los electroimanes 5 y 7, y contribuya a conservar el movimiento de la bola 2 suave y predecible. Esto no es, sin embargo, esencial.

Preferiblemente, la superficie externa del receptáculo 6 y la superficie interna de la bola 2 están cubiertas por un material de apantallamiento electromagnético o una estructura compuesta de apantallamiento EM [electromagnético], constituida por un cierto número de capas de diferentes materiales. Este apantallamiento EM evitará que las señales electromagnéticas emitidas por los electroimanes... [Seguir leyendo]

1. Una disposición de suspensión cardánica que comprende:

un receptáculo (6), que tiene una superficie interna de casquete de esfera, con un primer radio;

una bola (2), situada dentro del receptáculo y que tiene una superficie externa de casquete de esfera, con un segundo radio que es más pequeño que el primer radio;

un primer conjunto geométricamente ordenado de electroimanes (5), montados en la superficie externa de la bola;

un segundo conjunto geométricamente ordenado de electroimanes (7), montados en la superficie interna del receptáculo; y

medios (9) para suministrar potencia selectivamente a electroimanes diferentes de los electroimanes de los dos conjuntos geométricamente ordenados (5, 7), a fin de soportar la bola (2) en el interior del receptáculo (6) por repulsión magnética mutua entre algunos electroimanes de los primer y segundo conjuntos geométricamente ordenados, en una posición en la que las superficies de casquete de esfera de la bola y del receptáculo son sustancialmente concéntricas en torno a un centro común, y para controlar la orientación de la bola (2) con respecto al receptáculo (6) por interacción magnética entre diferentes electroimanes de los primer y segundo conjuntos geométricamente ordenados (5, 7).

2. La disposición de suspensión cardánica de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la bola (2) es soportada dentro del receptáculo (6) por repulsión magnética mutua entre electroimanes de los primer y segundo conjuntos geométricamente ordenados (5, 7).

3. La disposición de suspensión cardánica de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que cada uno de los primer y segundo conjuntos geométricamente ordenados (5, 7) comprende una pluralidad de electroimanes dispuestos en una configuración simétrica y regular.

4. La disposición de suspensión cardánica de acuerdo con la reivindicación 3, en la cual los electroimanes tanto del primer como del segundo conjuntos geométricamente ordenados (5, 7) están dispuestos en la misma configuración.

5. La disposición de suspensión cardánica de acuerdo con la reivindicación 4, en la cual la distancia de separación entre los electroimanes del segundo conjunto geométricamente ordenado (7) es mayor que la distancia de separación entre los electroimanes del primer conjunto geométricamente ordenado (5), de tal modo que los pares de electroimanes de los primer y segundo conjuntos se encuentran en radios comunes del centro común.

6. La disposición de suspensión cardánica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual la bola (2) es hueca.

7. La disposición de suspensión cardánica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual se ha dispuesto una cámara en el interior de la bola (2).