CH719095B1 - Moteur piézoélectrique rotatif à précontrainte axiale. - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un moteur piézoélectrique (100) rotatif comprenant : – un actionneur piézoélectrique comportant un résonateur (30) comprenant une paire de bras (31, 32) connectés à l'une de leurs extrémités au niveau d'une zone de connexion (33), les deux autres extrémités (310, 320) étant dites libres, les bras s'étendant sensiblement dans un plan, – un élément passif comprenant une partie cylindrique (20) dont l'axe est sensiblement orthogonale au résonateur (30) et s'étend entre les extrémités libres (310, 320) des bras (31, 32), la partie cylindrique (20) étant apte à être mise en rotation par friction des extrémités libres (310, 320) sur l'élément passif, la partie cylindrique (20) comprenant une rainure périphérique (35) agencée autour de la partie cylindrique (20), les extrémités libres (310, 320) du résonateur étant destinées à être insérées dans la rainure périphérique (35) pour les maintenir en contact avec la partie cylindrique (20) et permettre la rotation de l'élément passif.
Description
Domaine technique de l'invention
[0001] L'invention se rapporte au domaine technique des moteurs piézoélectriques rotatifs. L'invention se rapporte également au domaine technique des pièces d'horlogerie munies d'un tel moteur piézoélectrique rotatif.
Arrière-plan technologique
[0002] Un moteur piézoélectrique rotatif comporte classiquement un élément passif et un actionneur permettant de mettre en rotation l'élément passif en utilisant l'effet piézoélectrique. En référence à la figure 1, on connait en particulier les moteurs piézoélectriques rotatifs 10 pour lesquels l'élément passif 20 est un cylindre et l'actionneur piézoélectrique comporte un résonateur 30 comprenant une paire de bras 31, 32 connectés l'un à l'autre au niveau d'une zone de connexion 33, sensiblement en forme de diapason ou de U. L'actionneur piézoélectrique comporte en outre deux éléments piézoélectriques (non représentés), chacun attaché à l'un des bras 31, 32, et jouant le rôle de moyens d'excitation des bras pour leur imposer des vibrations. L'élément passif 20 passe entre les bras 31, 32 du résonateur. Plus précisément, une région de la surface latérale de l'élément passif 20 est en contact de part et d'autre avec les extrémités libres 310, 320 des bras 31, 32, de sorte que l'élément passif 20 soit mis en rotation par friction des extrémités libres 310, 320 des bras 31, 32 sur la région de contact.
[0003] Un moteur de ce type nécessite une précontrainte (aussi appelée précharge) à l'interface entre le résonateur et l'élément passif, pour fixer le couple de maintien sans alimentation du moteur, c'est-à-dire sans excitation des bras. Il existe des moyens d'appui permettant d'exercer une précontrainte, qui peut être soit axiale soit radiale. Cependant, ces moyens sont fragiles et peuvent être difficiles à fabriquer et à assembler.
Résumé de l'invention
[0004] Le but de la présente invention est de proposer un moteur piézoélectrique rotatif équipé d'un système de précontrainte intégré à l'élément passif, qui est facile à fabriquer et à assembler.
[0005] A cet effet, l'invention se rapporte à un moteur piézoélectrique rotatif comprenant : – un actionneur piézoélectrique comportant un résonateur comprenant une paire de bras connectés à l'une de leurs extrémités au niveau d'une zone de connexion, les deux autres extrémités étant dites libres, les bras s'étendant sensiblement dans un plan, – un élément passif comprenant une partie cylindrique dont l'axe est sensiblement orthogonalement au résonateur et s'étend entre les extrémités libres des bras, la partie cylindrique étant apte à être mise en rotation par friction des extrémités libres sur l'élément passif.
[0006] L'invention est remarquable en ce que la partie cylindrique comprend en outre une rainure périphérique agencée autour de la partie cylindrique, les extrémités libres du résonateur étant destinées à être insérées dans la rainure périphérique pour les maintenir en contact avec la partie cylindrique et permettre la rotation de l'élément passif.
[0007] Une telle rainure périphérique permet de maintenir les extrémités libres du résonateur contre l'élément passif, de sorte qu'ils puissent transmettre un mouvement rotatif à l'élément passif. En effet, la rainure permet de garder le contact entre les extrémités libres et l'élément passif.
[0008] Ainsi, un tel élément passif permet de s'affranchir de système de précontrainte complexes et fragiles. La précontrainte est engendrée par l'interaction entre la rainure périphérique et les extrémités libres.
[0009] En outre, la rainure périphérique permet aux extrémités libres de tenir l'élément passif suspendu.
[0010] Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la rainure périphérique présente une première face interne inclinée par rapport aux extrémités libres, la première face interne étant agencée sous les extrémités libres, lorsque les extrémités libres sont insérées dans la rainure périphérique.
[0011] Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la rainure périphérique présente une deuxième face interne inclinée par rapport aux extrémités libres, la deuxième face interne étant agencée au-dessus des extrémités libres, lorsque les extrémités libres sont insérées dans la rainure périphérique.
[0012] Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la rainure périphérique comprend une section trapézoïdale, la première et la deuxième face formant les côtés du trapèze.
[0013] Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la première face interne inclinée forme un angle incliné par rapport au plan, l'angle étant compris entre 30° et 60°, de préférence sensiblement égal à 45°.
[0014] Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, les extrémités libres présentent une section rectangulaire coopérant avec la première et la deuxième face inclinée de la rainure périphérique.
[0015] Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la rainure périphérique comprend une ouverture latérale par rapport à l'élément passif.
[0016] Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la rainure périphérique a une forme s'élargissant du fond vers l'ouverture, le fond de la rainure périphérique étant plus étroit que l'ouverture.
[0017] Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, le moteur piézoélectrique comporte une pièce de maintien destinée à retenir l'élément passif entre les extrémités libres des bras.
[0018] Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la partie cylindrique comporte au moins deux plots, de préférence trois plots, s'étendant au-dessus d'elle, les plots étant destinés à coopérer avec une roue d'engrenage afin de la faire tourner.
[0019] Selon une forme de réalisation particulière de l'invention, la partie cylindrique comporte un arbre de rotation muni d'un pignon destiné à coopérer avec une roue d'engrenage afin de la faire tourner.
[0020] L'invention se rapporte également à une pièce d'horlogerie comportant un mouvement d'horlogerie comprenant un système d'engrenage configuré pour faire tourner au moins une aiguille, et comprenant un tel moteur piézoélectrique agencé pour actionner le système d'engrenages.
Brève description des figures
[0021] D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: – la figure 1, déjà décrite, représente schématiquement une partie d'un moteur piézoélectrique rotatif selon l'art antérieur, vue de dessus, – la figure 2 représente schématiquement, vue en perspective, une partie d'un mouvement d'horlogerie comportant un moteur piézoélectrique rotatif selon un premier mode de réalisation de l'invention, – la figure 3 représente schématiquement la vue en perspective de la figure 2, dans laquelle le moteur piézoélectrique est représenté en coupe axiale, – la figure 4 représente schématiquement une partie d'un mouvement d'horlogerie comportant un moteur piézoélectrique rotatif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, dans laquelle le moteur piézoélectrique est représenté en coupe axiale, et – la figure 5 représente schématiquement le contact entre un extrémité libre du moteur piézoélectrique et la rainure de l'élément passif.
Description détaillée de l'invention
[0022] Les figures 2 et 3 montrent une partie d'un mouvement d'horlogerie comprenant un moteur piézoélectrique 100 selon un premier mode de réalisation de l'invention, et la figure 4 montre une partie d'un mouvement d'horlogerie comprenant un moteur piézoélectrique 101 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Un tel moteur piézoélectrique est utilisé dans ces exemples dans une pièce d'horlogerie afin d'actionner un système d'engrenages permettant la rotation des aiguilles.
[0023] Dans les deux cas, le moteur 100, 101 comporte un élément passif comprenant une partie cylindrique 20, et un actionneur piézoélectrique permettant de mettre en rotation la partie cylindrique 20 en utilisant l'effet piézoélectrique.
[0024] L'actionneur piézoélectrique comporte des moyens d'excitation piézoélectrique, non représentés, et un résonateur 30 comprenant deux bras 31, 32 aptes à osciller. Les moyens d'excitation sont avantageusement constitués de deux parties, chacune attachée à un bras différent. Toutefois, d'autres modes de réalisation des moyens d'excitation sont possibles, ils peuvent par exemple être constitués d'une seule partie disposée au niveau d'une jointure entre les bras. Lors de l'application d'une tension adaptée aux moyens d'excitation, les moyens d'excitation se déforment, et des contraintes mécaniques sont transmises aux bras 31, 32 qui se mettent alors à osciller. Par une conception et un montage appropriés des moyens d'excitation sur les bras, des oscillations multidimensionnelles de forme souhaitée peuvent être réalisées.
[0025] Les bras 31, 32 sont connectés au niveau d'une zone de connexion 33, et s'étendent sensiblement parallèlement l'un à l'autre depuis ladite zone de connexion 33. Le résonateur a donc globalement une forme de diapason, c'est-à-dire une forme de U. Toutefois, cette forme n'est pas limitative. Les extrémités des bras non connectées à la zone de connexion 33, sont dites extrémités libres 310, 320. L'amplitude des oscillations des bras 31, 32 est maximale à ces extrémités 310, 320.
[0026] L'axe de la partie cylindrique 20 s'étend sensiblement orthogonalement au résonateur 30, c'est-à-dire orthogonalement au plan contenant les axes des bras 31, 32 du résonateur 30, et passe entre les deux extrémités libres 310, 320.
[0027] L'élément passif comporte en outre une rainure périphérique 35, la rainure périphérique 35 étant solidaire de la partie cylindrique 20. La rainure périphérique 35 est disposée perpendiculairement à l'axe de la partie cylindrique 20. La rainure périphérique 35 comprend une ouverture radiale 36 par rapport à l'axe de la partie cylindrique 20. De préférence, la rainure périphérique 35 fait le tour entier de la partie cylindrique 20.
entier de la partie cylindrique 20.
[0028] De préférence, la rainure périphérique 35 a une forme s'élargissant du fond 37 vers l'ouverture 36. Ainsi, le fond 37 de la rainure périphérique 35 est plus étroit que l'ouverture 36. Les extrémités libres 310, 320 des bras 31, 32 ont une forme configurée pour coopérer avec la rainure périphérique 35 afin de faire tourner l'élément passif dans un sens prédéfini. Par exemple, les extrémités libres 310, 320 des bras 31, 32 ont une forme asymétrique, de sorte que l'effet de la friction produit par les bras 31, 32 fasse tourner l'élément passif dans un sens. On entend par forme asymétrique, le fait que les surfaces de contact des deux extrémités libres ont des dimensions différentes entre elles. Les surfaces de contact ont, de préférence, une forme courbe correspondant à la courbure de la partie cylindrique 20, et plus particulièrement de la rainure périphérique 35.
[0029] Dans ces modes de réalisation, et plus particulièrement tel que représenté sur la figure 5, la rainure périphérique 35 comprend une section trapézoïdale. La rainure périphérique 35 présente une première 41 et une deuxième face interne 42 inclinées par rapport aux extrémités libres 310, 320 des bras 31, 32. Les deux faces 41, 42 s'écartent l'une de l'autre depuis le fond 37 de la rainure périphérique 35 jusqu'à l'ouverture 36 pour former les côtés du trapèze.
[0030] Lorsque les extrémités libres 310, 320 sont insérées dans la rainure périphérique 35, la première face interne 41 est agencée sous les extrémités libres 310, 320, tandis que la deuxième face interne 42 est agencée au-dessus des extrémités libres 310, 320.
[0031] La première et la deuxième face inclinée 41, 42 sont en contact avec les extrémités libres 310, 320 du résonateur 30. L'inclinaison des faces 41, 42 permet d'obtenir une précontrainte pour maintenir les extrémités libres 310, 320 en contact avec l'élément passif. Ainsi, les oscillations multidimensionnelles des extrémités libres 310, 320 des bras 31, 32 permettent d'imposer une rotation à la partie cylindrique 20 autour de son axe par frottement desdites extrémités 310, 320 contre ladite rainure. L'angle d'inclinaison α des faces 41, 42 par rapport au plan du résonateur est compris entre 30° et 60°, voire entre 40° et 50°. De préférence, l'angle d'inclinaison est sensiblement égal à 45°.
[0032] Les extrémités libres 310, 320 présentent, de préférence, une section rectangulaire coopérant avec les faces inclinées 41, 42 de la rainure périphérique 35. La force de friction Ff, qui permet de faire tourner l'élément passif, est dirigée selon la normale à la face inclinée 41, 42.
[0033] La force de friction Ffdépend de la force normale FNexercée par l'extrémité libre 310, 320 contre la rainure périphérique 35. La force de friction Ffest calculée selon l'équation suivante: où A est un paramètre dépendant de plusieurs facteurs, notamment le coefficient de frottement, qui dépend de la qualité des matériaux, de la surface de contact, de l'état du surface, et de l'usure.
[0034] Ainsi, pour un angle d'inclinaison de 45°, on obtient une force de friction :
[0035] L'inclinaison d'une face 41, 42 permet d'obtenir une friction suffisante avec les extrémités libres 310, 320, tout en maintenant l'élément passif entre les bras de l'actionneur piézoélectrique.
[0036] Le moteur piézoélectrique 100 du premier mode de réalisation des figures 2 et 3 est muni d'une partie cylindrique 20 s'étendant dans un plan entre les extrémités libres 310, 320 des bras 31, 32 de l'actionneur piézoélectrique. La partie cylindrique 20 comprend une partie externe 38 munie de la rainure périphérique 35, ainsi qu'une partie centrale 39 comportant plusieurs plots 57, ici trois s'étendant au-dessus de la partie cylindrique 20. Les plots 57 sont répartis sur un cercle concentrique et s'étendent sensiblement perpendiculairement à la partie cylindrique 20. Les plots 57 sont agencés de manière à pouvoir coopérer alternativement avec une roue d'engrenage 43 pour la faire tourner A cette fin, lorsque la partie cylindrique 20 tourne, les plots 57 s'insèrent dans la denture de la roue d'engrenage 43 l'un après l'autre pour pousser la denture 44 et faire tourner la roue d'engrenage 43. La roue d'engrenage 43 s'étend parallèlement à la partie cylindrique 20, de manière à ce que les plots 57 puissent s'insérer dans la denture 44. Dans le mouvement d'horlogerie, le moteur piézoélectrique 100 est agencé généralement en-dessous de la roue d'engrenage 43 de manière excentrique, l'axe de la partie cylindrique 20 étant agencé dans une direction correspondant à la denture 44 de la roue d'engrenage 43.
[0037] De manière optionnelle, le moteur piézoélectrique comporte une pièce de maintien 45 destinée à retenir l'élément passif entre les extrémités libres 310, 320 des bras 31, 32. Cette pièce 45 a pour fonction d'éviter que l'élément passif ne sorte des bras 31, 32 de l'actionneur piézoélectrique.
[0038] Dans le deuxième mode de réalisation du moteur piézoélectrique 101 illustré sur la figure 4, la partie cylindrique 20 s'étend verticalement (dans un repère terrestre), et comprend un arbre de rotation 46 muni d'un pignon 47 à son extrémité inférieure. Le pignon 47 sert à engrener une roue d'engrenage 43 d'un mouvement d'horlogerie, afin de faire tourner des aiguilles par exemple. Autour de l'arbre de rotation 46, la partie cylindrique 20 comprend une partie externe 48 munie de la rainure périphérique 35. La partie externe 48 est solidaire de l'arbre 48, de sorte que l'actionneur piézoélectrique entraîne l'arbre de rotation 46 et donc la roue d'engrenage 43, lorsqu'il fait tourner la partie externe 48. Le moteur piézoélectrique 101 est agencé en partie au-dessus de la roue d'engrenage 43, de manière à ce que le pignon 47 entraîne la roue d'engrenage 43.
[0039] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations et/ou combinaisons évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différentes formes d'exécution de l'invention exposée cidessus sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications annexées.
Claims (12)
1. Moteur piézoélectrique (100, 101) rotatif comprenant :
– un actionneur piézoélectrique comportant un résonateur (30) comprenant une paire de bras (31, 32) connectés à l'une de leurs extrémités au niveau d'une zone de connexion (33), les deux autres extrémités (310, 320) étant dites libres, les bras s'étendant sensiblement dans un plan,
– un élément passif comprenant une partie cylindrique (20) dont l'axe est sensiblement orthogonale au résonateur (30) et s'étend entre les extrémités libres (310, 320) des bras (31, 32), la partie cylindrique (20) étant apte à être mise en rotation par friction des extrémités libres (310, 320) sur l'élément passif,
la partie cylindrique (20) comprenant une rainure périphérique (35) agencée autour de la partie cylindrique (20), les extrémités libres (310, 320) du résonateur étant insérées dans la rainure périphérique (35) pour les maintenir en contact avec la partie cylindrique (20) et permettre la rotation de l'élément passif.
2. Moteur piézoélectrique (100, 101) selon la revendication 1, dans lequel la rainure périphérique (35) présente une première face interne inclinée (41) par rapport aux extrémités libres (310, 320), la première face interne (41) étant agencée sous les extrémités libres (310, 320), qui sont insérées dans la rainure périphérique (35).
3. Moteur piézoélectrique (100, 101) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la rainure périphérique (35) présente une deuxième face interne inclinée (42) par rapport aux extrémités libres (310, 320), la deuxième face interne (42) étant agencée au-dessus des extrémités libres (310, 320), lorsque les extrémités libres (310, 320) sont insérées dans la rainure périphérique (35).
4. Moteur piézoélectrique (100, 101) selon les revendications 2 et 3, dans lequel la rainure périphérique (35) comprend une section trapézoïdale, la première et la deuxième face inclinées formant les côtés du trapèze.
5. Moteur piézoélectrique (100, 101) selon l'une, quelconque, des revendications 2 à 4, dans lequel la première face interne inclinée et/ou la deuxième face inclinée forme un angle incliné par rapport au plan compris entre 30° et 60°, de préférence égal à 45°.
6. Moteur piézoélectrique (100, 101) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel les extrémités libres (310, 320) présentent une section rectangulaire coopérant avec les première et deuxième faces inclinées (41, 42) de la rainure périphérique (35).
7. Moteur piézoélectrique (100, 101) selon l'une, quelconque, des revendications précédentes, dans lequel la rainure périphérique (35) comprend une ouverture latérale (36) par rapport à la partie cylindrique.
8. Moteur piézoélectrique (100, 101) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la rainure périphérique (35) a une forme s'élargissant du fond (37) vers l'ouverture latérale (36), le fond (37) de la rainure périphérique (35) étant plus étroit que l'ouverture (36).
9. Moteur piézoélectrique (100, 101) selon l'une des revendications 1 à 8, comportant une pièce de maintien (39) destinée à retenir l'élément passif entre les extrémités libres (310, 320) des bras (31, 32).
10. Moteur piézoélectrique (100) selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la partie cylindrique (20) comporte au moins deux plots (57), de préférence trois plots, s'étendant au-dessus d'elle, les plots (57) étant destinés à coopérer avec une roue d'engrenage (43) afin de la faire tourner.
11. Moteur piézoélectrique (101) selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la partie cylindrique (20) comporte un arbre de rotation (46) muni d'un pignon (47) destiné à coopérer avec une roue d'engrenage (44) afin de la faire tourner.
12. Pièce d'horlogerie comportant un mouvement d'horlogerie comprenant un système d'engrenages configuré pour faire tourner au moins une aiguille, caractérisé en ce qu'elle comprend un moteur piézoélectrique (100, 101) selon l'une des revendications 1 à 11, le moteur piézoélectrique étant agencé pour actionner le système d'engrenages.
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Applications Claiming Priority (1)
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| CH719095A2 CH719095A2 (fr) | 2023-05-15 |
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ID=86282225
Family Applications (1)
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2021
- 2021-10-28 CH CH070463/2021A patent/CH719095B1/fr unknown
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PK | Correction |
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