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REVENDICATIONS
1. Dispositif moteur dont la force motrice produit le déplace ment d'un corps en rotation ou en translation, caractérisé en ce que cette force motrice est engendrée par un générateur d'ultrasons et transmise audit corps (13, 23, 34) par des lamelles flexibles (15, 22, 33), disposées obliquement entre une partie (16) solidaire de l'organe vibrant (12, 21, 31) du générateur et une partie solidaire du corps (13, 23, 34), qui sont elles-mêmes solidaires de l'une de ces deux parties et effleurent l'autre.
2. Dispositif moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la direction du mouvement de l'organe vibrant (12, 21, 31) du générateur est perpendiculaire à celle du corps (13, 23, 34) et en ce que les lamelles (15, 22, 33) s'étendent perpendiculairement à la direction du mouvement de ce corps, à l'endroit où elles agissent sur lui, et sont inclinées dans le sens du mouvement de ce corps depuis le générateur vers lui.
3. Dispositif moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lamelles (15, 22, 33) s'étendent entre deux faces planes parallèles de la partie (16) solidaire de l'organe vibrant (12, 21, 31) du générateur et de la partie solidaire du corps (13, 23, 34), et en ce que l'angle de leur inclinaison avec la normale à ces faces planes est inférieur Åa l'angle de frottement entre ces lamelles et la partie qu'elles effleurent.
4. Dispositif moteur selon l'une des revendications précédentes, dont la force motrice actionne un rotor, caractérisé en ce que le rotor (13, 23) a une face extrême plane disposée en regard d'un disque (16), solidaire de l'organe vibrant du générateur, et en ce que les lamelles (15, 22) s'étendent entre la face extrême du rotor et le disque et sont réparties régulièrement le long d'une couronne coaxiale au rotor.
5. Dispositif moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs générateurs (21) synchronisés, montés en couronne sur un support commun, coaxialement au rotor (23), des lamelles flexibles (22) étant disposées entre chacun d'eux et la face extrême du rotor, et en ce que ces générateurs sont excités avec un décalage de phase, de façon qu'ils transmettent à tour de rôle une impulsion au rotor.
6. Dispositif moteur selon l'une des revendications 1 à 3, dont la force motrice actionne un coulisseau, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs générateurs d'ultrasons (31) synchronisés, montés en ligne sur un support commun (32), le long du coulisseau (34), des lamelles flexibles (33) étant disposées entre chacun d'eux et une face du coulisseau de façon à transmettre chacun, simultanément ou successivement, une impulsion à ce coulisseau.
Dans presque tous les moteurs connus, utilisés dans les différents secteurs de l'industrie, la force motrice est produite par effet électromagnétique. Les dimensions, le poids, le couple et d'autres facteurs des moteurs conventionnels sont toutefois liés entre eux, et limités par les matériaux à disposition et le type de construction. Vu que les caractéristiques de ces moteurs connus dépendent des propriétés magnétiques, de la résistance mécanique et d'autres caractéristiques des matériaux à disposition, il est impossible, à dimensions données, d'augmenter la puissance, ou de réduire les dimensions sans diminuer en même temps la puissance.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients des moteurs traditionnels. Son idée maîtresse consiste à tirer la force motrice nécessaire à mouvoir un corps en rotation, ou en translation, de l'énergie des oscillations d'un générateur d'ultrasons.
Les revendications définissent comment cette énergie peut avantageusement être convertie en mouvement de rotation ou de translation.
Le dispositif moteur revendiqué, qui diffère essentiellement des moteurs traditionnels aussi bien par sa construction que par son fonctionnement, a l'avantage de développer la même puissance que les moteurs traditionnels, mais en étant plus petit et plus léger que ces derniers. Sa construction est simple et sa fabrication peu coûteuse.
Trois formes d'exécution du dispositif moteur selon l'invention sont décrites ci-après, à titre d'exemples et en référence au dessin.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une première forme d'exécution du dispositif moteur selon l'invention, dans lequel le corps entraîné est un rotor;
la fig. 2 est une coupe partielle du dispositif moteur de la fig. 1, montrant les éléments essentiels de ce dispositif plus en détail;
la fig. 3 est une vue en bout du rotor, dans le sens des flèches III
III de la fig. 2;
les fig. 4 (A) à (C) représentent schématiquement et à plus grande échelle quelques éléments de cette première forme d'exécution, et elles illustrent le fonctionnement du dispositif moteur;
la fig. 5 représente le polygone des forces enjeu pour assurer la conversion de l'énergie ondulatoire en mouvement continu;
la fig. 6 (A) est un diagramme représentant le mouvement de l'organe vibrant du générateur par rapport au temps;
;
la fig. 6 (B) est un diagramme correspondant à celui de la fig. 6 (A), qui représente les mouvements d'un organe de transmission et du rotor en fonction du temps;
la fig. 7 (A) est une coupe schématique d'une partie de la seconde forme d'exécution;
la fig. 7 (B) est une vue en bout du rotor de cette seconde forme d'exécution dans le sens des flèches VII-VII de la fig. 7 (A), et
la fig. 8 est une coupe partielle schématique de la troisième forme d'exécution.
Le dispositif moteur représenté à la fig. 1 comprend un carter 11 dans lequel est logé un générateur d'ultrasons dont l'organe vibrant 12 oscille de gauche à droite dans le dessin. Un rotor 13, monté sur roulements à billes 14, occupe la partie de droite du carter 11. Le rotor 13 et le générateur d'ultrasons sont disposés dans le carter 1 1 de façon que l'extrémité de droite de l'organe vibrant 12 du générateur et l'extrémité de gauche du rotor 13 soient face à face. A cette extrémité, le rotor 13 est venu de fabrication en une pièce avec des lamelles élastiques I5, formant un angle déterminé avec l'axe du rotor 13. L'extrémité de droite de l'organe 12 est, de son côté, garnie d'un disque 16.
Les positions relatives du disque 16 et des lamelles 15 sont telles que, au repos, ces dernières effleurent le disque 16. Les roulements à billes 14 sont retenus dans le carter 11 par une bague 17, vissée dans celui-ci, et le rotor 13 est retenu dans ces paliers par un écrou 18. Le générateur d'ultrasons est excité par des bobinages 19 et son carter 11 est fermé par un couvercle 20.
La fig. 2 représente les lamelles 15 à plus grande échelle. Elles constituent une partie essentielle du dispositif moteur. Comme cela est expliqué ci-apres, elles transforment notamment le mouvement oscillatoire de l'organe 12 du générateur en rotation continue du rotor 13.
La fabrication des lamelles 15 est aisée. Le plus simple est d'éviter d'abord la partie centrale de l'extrémité de gauche du rotor, puis de fraiser obliquement, sous un angle bien déterminé, la saillie annulaire autour de cet évidement. La fig. 3, qui est une vue en bout du rotor 13, montre que les lamelles 15 sont réparties régulièrement le long d'une couronne coaxiale au rotor. Si l'inclinaison représentée au dessin des lamelles 15 était inversée, le rotor 13 tournerait en sens inverse.
Les fig. 4 (A) à (C) illustrent le fonctionnement du dispositif moteur décrit. Pour l'expliquer, des axes de coordonnées x, y ont été introduits dans ces figures. L'origine 0 des axes x, y a été placée sur l'arête inférieure du bord libre 15a d'une lamelle 15 qui, au temps t,, repose contre une portion 16a du disque 16. O désigne l'angle d'inclinaison des lamelles 15, qui est inférieur à l'angle de frottement entre le disque 16 et ces lamelles 15.
Lorsque l'organe 12, en commençant à vibrer, a déplacé le
disque de Ax dans le sens des x, le bord libre 15a de la lamelle 15 est déplacé d'autant dans le sens des x positifs. Comme le rotor est tenu dans une position axiale déterminée, la force de compression f, qui est produite dans la lamelle 15 par le déplacement Ax du disque 16, a une composante fy dans le sens de l'axe y, ainsi que le montre le polygone des forces de la fig. 5. Sous l'effet de cette composante fy, le rotor 13 tourne et déplace la base de la lamelle 15 dans le sens des y positifs de Ayl [fig. 4 (B)].
Quand, après être retourné dans sa position de repos, le disque 16 se déplace ensuite de Ax dans le sens des x négatifs, il libère la lamelle 15, qui se redresse dans le sens des y positifs, en vibrant selon ses caractéristiques d'élasticité, tandis que le rotor 13 déplace encore, par inertie, la base de cette lamelle de Ay2 dans le sens des y positifs [fig. 4 (C)]. Lorsque le disque 16 continue à vibrer, c'est la lamelle suivante qui arrive dans la position de la fig. 4 (A) et le cycle recommence. C'est donc la flexion des lamelles 15, produite par l'organe vibrant du générateur, qui fait tourner le rotor. Ce dernier reçoit ainsi une impulsion à chaque période des oscillations de l'organe vibrant 12 du générateur d'ultrasons.
Les fig. 6 (A) et (B) illustrent graphiquement le fonctionnement décrit ci-dessus du dispositif moteur selon l'invention. La fig. 6 (A) représente le mouvement vibratoire du disque 16 en fonction du temps, tandis que la fig. 6 (B) représente le mouvement L du bord libre 15a de la lamelle flexible 15. Ce mouvement L est la composition du mouvement vibratoire M de la lamelle 15 et du mouvement
N du rotor 13. Dans les deux graphiques, l'espace entre les abscisses t, et t2 représente le temps d'une période pendant lequel le disque 16 s'approche de la lamelle 15, tandis que l'espace de t2 à t3 est le temps de la seconde demi-période pendant lequel le disque 16 s'éloigne de la lamelle 15. C'est pendant la première demi-période décrite que le rotor reçoit une impulsion, tandis qu'il se déplace par inertie au cours de la seconde demi-période.
Comme indiqué ci-dessus, l'idée maîtresse de l'invention réside dans le fait que la force motrice est engendrée par le générateur d'ultrasons, le mouvement vibratoire du disque 16 étant transformé en mouvement de rotation du rotor 13 par la flexion des lamelles élastiques 15, dont le rebondissement à chaque période est excellent. Le couple entraînant le rotor 13 est d'autant plus grand que les lamelles 15 sont plus nombreuses et plus éloignées de l'axe du rotor.
Au lieu d'être venues de fabrication avec le rotor, comme dans la forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 4, les lamelles 15 pourraient évidemment aussi être portées par le disque 16 solidaire de l'organe vibrant du générateur d'ultrasons.
Les fig. 7 et 8 représentent schématiquement deux autres formes d'exécution du dispositif moteur selon l'invention. Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 7 (A), le dispositif moteur comprend quatre générateurs d'ultrasons 21. Des lamelles élastiques 22 sont solidaires des organes vibrants de chacun d'eux. Ces lamelles sont inclinées d'un angle déterminé, comme dans la première forme d'exécution, et elles entrent en contact avec la face extrême de gauche du rotor 23. La fig. 7 (B) est une coupe du dispositif moteur selon la ligne VII-VII de la fig. 7(A). Elle montre que les générateurs 21 et leurs lamelles 22 sont disposés de façon que ces dernières entrent en contact avec une zone 23' du rotor 23, qui est en forme de couronne coaxiale au rotor. Le principe de fonctionnement de ce dispositif moteur est le même que celui de la première forme d'exécution.
Les quatre générateurs 21 ne produisent toutefois pas leur impulsion sur le rotor 23 en même temps; ils sont excités avec un décalage de phase, de sorte que le rotor 23 reçoit une impulsion tous les quarts de période; son mouvement est donc plus uniforme que dans la première forme d'exécution.
Dans cette forme d'exécution, les lamelles sont venues de fabrication en une pièce avec des plaques (non représentées) fixées aux organes vibrants des générateurs 21. Ces lamelles pourraient toutefois aussi être formées sur le rotor 23, comme dans la première forme d'exécution.
Dans la troisième forme d'exécution (fig. 8), le dispositif moteur comprend trois générateurs d'ultrasons 31, qui sont montés en ligne sur un support commun 32. Les organes vibrants de ces générateurs portent à leur extrémité inférieure des lamelles élastiques 33, d'inclinaison déterminée, qui entrent en contact avec une partie d'un coulisseau 34. Comme dans les formes d'exécution précédentes, la flexion des lamelles 33, qui est produite au cours de la vibration des générateurs 31, exerce une poussée sur le coulisseau 34 qui le fait avancer dans le sens indiqué par la flèche.
Le dispositif moteur selon l'invention peut produire de puissants couples comme de fortes poussées linéaires, et cela à de grandes vitesses, tout en étant de petites dimensions. Ce dispositif moteur peut naturellement être utilisé en lieu et place des moteurs traditionnels dans tous les secteurs de l'industrie.
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CLAIMS
1. Motor device whose motive force produces the displacement of a body in rotation or in translation, characterized in that this motive force is generated by an ultrasonic generator and transmitted to said body (13, 23, 34) by flexible strips (15, 22, 33), arranged obliquely between a part (16) integral with the vibrating member (12, 21, 31) of the generator and a part integral with the body (13, 23, 34), which are they -same integral with one of these two parts and touch the other.
2. Motor device according to claim 1, characterized in that the direction of movement of the vibrating member (12, 21, 31) of the generator is perpendicular to that of the body (13, 23, 34) and in that the lamellae (15, 22, 33) extend perpendicular to the direction of movement of this body, at the place where they act on it, and are inclined in the direction of movement of this body from the generator towards it.
3. Motor device according to claim 2, characterized in that the strips (15, 22, 33) extend between two parallel flat faces of the part (16) integral with the vibrating member (12, 21, 31) of the generator and the part integral with the body (13, 23, 34), and in that the angle of their inclination with the normal to these planar faces is less than the angle of friction between these lamellae and the part which they touch.
4. Motor device according to one of the preceding claims, the driving force of which actuates a rotor, characterized in that the rotor (13, 23) has an extremely flat face disposed opposite a disc (16), integral with the 'vibrating member of the generator, and in that the lamellae (15, 22) extend between the end face of the rotor and the disc and are distributed regularly along a ring coaxial with the rotor.
5. Motor device according to claim 4, characterized in that it comprises several synchronized generators (21), mounted in a ring on a common support, coaxially with the rotor (23), flexible strips (22) being arranged between each of them and the end face of the rotor, and in that these generators are excited with a phase shift, so that they in turn transmit a pulse to the rotor.
6. Motor device according to one of claims 1 to 3, the driving force of which actuates a slide, characterized in that it comprises several synchronized ultrasonic generators (31), mounted in line on a common support (32), along the slide (34), flexible strips (33) being disposed between each of them and one face of the slide so as to each transmit, simultaneously or successively, an impulse to this slide.
In almost all known motors, used in different sectors of industry, the driving force is produced by electromagnetic effect. The dimensions, weight, torque and other factors of conventional engines are, however, interrelated, and limited by the materials available and the type of construction. Since the characteristics of these known motors depend on the magnetic properties, the mechanical resistance and other characteristics of the materials available, it is impossible, at given dimensions, to increase the power, or to reduce the dimensions without decreasing at the same time time the power.
The present invention aims to remedy these drawbacks of traditional motors. Its main idea consists in extracting the motive force necessary to move a body in rotation, or in translation, from the energy of the oscillations of an ultrasound generator.
The claims define how this energy can advantageously be converted into rotational or translational movement.
The claimed motor device, which essentially differs from traditional motors in both its construction and its operation, has the advantage of developing the same power as traditional motors, but being smaller and lighter than the latter. Its construction is simple and its manufacture inexpensive.
Three embodiments of the motor device according to the invention are described below, by way of examples and with reference to the drawing.
Fig. 1 is a longitudinal section of a first embodiment of the motor device according to the invention, in which the driven body is a rotor;
fig. 2 is a partial section of the motor device of FIG. 1, showing the essential elements of this device in more detail;
fig. 3 is an end view of the rotor, in the direction of the arrows III
III of fig. 2;
fig. 4 (A) to (C) show schematically and on a larger scale some elements of this first embodiment, and they illustrate the operation of the motor device;
fig. 5 represents the polygon of the forces at stake to ensure the conversion of the wave energy into continuous movement;
fig. 6 (A) is a diagram representing the movement of the vibrating member of the generator with respect to time;
;
fig. 6 (B) is a diagram corresponding to that of FIG. 6 (A), which represents the movements of a transmission member and the rotor as a function of time;
fig. 7 (A) is a schematic section of part of the second embodiment;
fig. 7 (B) is an end view of the rotor of this second embodiment in the direction of the arrows VII-VII of FIG. 7 (A), and
fig. 8 is a schematic partial section of the third embodiment.
The motor device shown in fig. 1 comprises a casing 11 in which is housed an ultrasonic generator whose vibrating member 12 oscillates from left to right in the drawing. A rotor 13, mounted on ball bearings 14, occupies the right part of the housing 11. The rotor 13 and the ultrasonic generator are arranged in the housing 1 1 so that the right end of the vibrating member 12 of the generator and the left end of the rotor 13 are face to face. At this end, the rotor 13 came from one-piece production with elastic strips I5, forming a determined angle with the axis of the rotor 13. The right end of the member 12 is, for its part, furnished with 'a disc 16.
The relative positions of the disc 16 and the blades 15 are such that, at rest, the latter touch the disc 16. The ball bearings 14 are retained in the casing 11 by a ring 17, screwed therein, and the rotor 13 is retained in these bearings by a nut 18. The ultrasonic generator is excited by windings 19 and its casing 11 is closed by a cover 20.
Fig. 2 shows the strips 15 on a larger scale. They constitute an essential part of the driving mechanism. As explained below, they notably transform the oscillatory movement of the member 12 of the generator into continuous rotation of the rotor 13.
The manufacture of the strips 15 is easy. The simplest is to avoid first the central part of the left end of the rotor, then to mill obliquely, at a well determined angle, the annular projection around this recess. Fig. 3, which is an end view of the rotor 13, shows that the blades 15 are distributed regularly along a ring coaxial with the rotor. If the inclination shown in the drawing of the lamellae 15 were reversed, the rotor 13 would rotate in the opposite direction.
Figs. 4 (A) to (C) illustrate the operation of the motor device described. To explain it, axes of coordinates x, y have been introduced in these figures. The origin 0 of the axes x, y has been placed on the lower edge of the free edge 15a of a strip 15 which, at time t ,, rests against a portion 16a of the disc 16. O designates the angle of inclination lamellae 15, which is less than the angle of friction between the disc 16 and these lamellae 15.
When organ 12, beginning to vibrate, has moved the
disc of Ax in the direction of the x, the free edge 15a of the strip 15 is moved all the same in the direction of the positive x. As the rotor is held in a determined axial position, the compression force f, which is produced in the lamella 15 by the displacement Ax of the disc 16, has a component fy in the direction of the axis y, as shown by the force polygon of fig. 5. Under the effect of this component fy, the rotor 13 turns and moves the base of the strip 15 in the direction of the positive y of Ayl [fig. 4 (B)].
When, after having returned to its rest position, the disc 16 then moves from Ax in the direction of the negative x, it releases the strip 15, which straightens in the direction of the positive y, vibrating according to its elasticity characteristics , while the rotor 13 still displaces, by inertia, the base of this strip of Ay2 in the positive y direction [fig. 4 (C)]. When the disc 16 continues to vibrate, it is the next strip which arrives in the position of FIG. 4 (A) and the cycle begins again. It is therefore the bending of the lamellae 15, produced by the vibrating member of the generator, which turns the rotor. The latter thus receives a pulse at each period of the oscillations of the vibrating member 12 of the ultrasound generator.
Figs. 6 (A) and (B) graphically illustrate the operation described above of the motor device according to the invention. Fig. 6 (A) represents the vibratory movement of the disc 16 as a function of time, while FIG. 6 (B) represents the movement L of the free edge 15a of the flexible strip 15. This movement L is the composition of the vibratory movement M of the strip 15 and of the movement
N of the rotor 13. In the two graphs, the space between the abscissa t, and t2 represents the time of a period during which the disk 16 approaches the lamella 15, while the space from t2 to t3 is the time of the second half-period during which the disc 16 moves away from the lamella 15. It is during the first half-period described that the rotor receives a pulse, while it moves by inertia during the second half period.
As indicated above, the main idea of the invention lies in the fact that the driving force is generated by the ultrasonic generator, the vibratory movement of the disc 16 being transformed into the rotational movement of the rotor 13 by the bending of the elastic strips 15, the rebound of which in each period is excellent. The torque driving the rotor 13 is greater the more the blades 15 are more numerous and further from the axis of the rotor.
Instead of having come from manufacture with the rotor, as in the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the strips 15 could obviously also be carried by the disc 16 secured to the vibrating member of the ultrasonic generator.
Figs. 7 and 8 schematically represent two other embodiments of the motor device according to the invention. In the embodiment shown in FIG. 7 (A), the motor device comprises four ultrasonic generators 21. Elastic strips 22 are integral with the vibrating members of each of them. These strips are inclined at a determined angle, as in the first embodiment, and they come into contact with the extreme left side of the rotor 23. FIG. 7 (B) is a section of the motor device along line VII-VII of FIG. 7 (A). It shows that the generators 21 and their lamellae 22 are arranged so that the latter come into contact with a zone 23 ′ of the rotor 23, which is in the form of a ring coaxial with the rotor. The operating principle of this motor device is the same as that of the first embodiment.
The four generators 21 do not, however, produce their impulse on the rotor 23 at the same time; they are energized with a phase shift, so that the rotor 23 receives a pulse every quarter of the period; its movement is therefore more uniform than in the first embodiment.
In this embodiment, the strips came from one-piece manufacture with plates (not shown) fixed to the vibrating members of the generators 21. These strips could however also be formed on the rotor 23, as in the first form of execution.
In the third embodiment (fig. 8), the motor device comprises three ultrasonic generators 31, which are mounted in line on a common support 32. The vibrating members of these generators carry at their lower end elastic strips 33 , of determined inclination, which come into contact with part of a slide 34. As in the previous embodiments, the bending of the lamellae 33, which is produced during the vibration of the generators 31, exerts a thrust on the slide 34 which advances it in the direction indicated by the arrow.
The motor device according to the invention can produce powerful torques such as strong linear thrusts, and this at high speeds, while being of small dimensions. This motor device can naturally be used in place of traditional motors in all sectors of the industry.