EP2044680A2 - Procede et dispositif de commande de la vitesse de rotation d'un rotor de moteur piezoelectrique - Google Patents

Procede et dispositif de commande de la vitesse de rotation d'un rotor de moteur piezoelectrique

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Publication number
EP2044680A2
EP2044680A2 EP07823558A EP07823558A EP2044680A2 EP 2044680 A2 EP2044680 A2 EP 2044680A2 EP 07823558 A EP07823558 A EP 07823558A EP 07823558 A EP07823558 A EP 07823558A EP 2044680 A2 EP2044680 A2 EP 2044680A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
speed
rotation
excitation voltages
excitation
piezoelectric motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07823558A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Julien Aragones
Jacques Robineau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Sagem Defense Securite SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sagem Defense Securite SA filed Critical Sagem Defense Securite SA
Publication of EP2044680A2 publication Critical patent/EP2044680A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/142—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing

Definitions

  • a rotary piezoelectric motor also referred to as a traveling wave rotary motor
  • the driving of a rotor is due to the friction of the stator teeth on the contact surface of the rotor, the motor comprising own piezoelectric excitation means of the stator. to excite it and cause the rotational movement of the rotor.
  • FIG. 1 of the accompanying drawings there is shown very schematically a simplified structure of a rotary piezoelectric motor limited to the main bodies concerned by the invention.
  • the rotor 1 is in the general form of a wheel having an annular contact pad 2 joined by a web 3 to a central hub 4.
  • the stator 5 is in the general form of a fixed annular structure comprising an annular stator ring 6 which has a toothed surface 9 on which the contact pad 2 bears and which is supported cantilevered towards the outside on an annular base 7 via a stator rim 8 of substantially radial extent; the piezoelectric ceramic material 10 is fixed under the stator ring 6 opposite the toothed surface 9.
  • the drive of the rotor is by friction of the teeth of the stator 5 on the contact surface of the rotor 1.
  • Each excitation sector comprises a plurality of piezoceramic segments ai-a ⁇ , bi-b ⁇ polarized alternately.
  • the excitation sectors A, B each allow the generation of a standing wave with the same wavelength ⁇ .
  • the transmission of the rotational movement of the progressive wave to the rotor is based on the friction of the toothed surface 9 on the rotor 1, this friction, having a yield of 30 to 40%, favors the temperature rises, the rise in temperature playing in particular on the internal stresses of the stator resulting from the bonding of the piezoelectric material on the stator.
  • the piezoelectric material reacts differently depending on whether its temperature is higher or lower.
  • the speed control means do not automatically take into account the temperature rise of the piezoelectric material and the actual speed of rotation of the piezoelectric motor is different from the requested rotation speed. Indeed, in a current manner, the control of the motor is achieved by controlling the excitation voltages of the two excitation sectors.
  • variable parameters of the excitation voltages are commonly modified, in particular by modifying, independently or in combination, the frequency and amplitude of the excitation voltages. and / or the phase and amplitude of the excitation voltages.
  • the present invention proposes to solve this problem by means of a method for regulating the speed of rotation of a piezoelectric motor taking into account the temperature of the piezoelectric material and thus making it possible to automatically modify the control parameters of the piezoelectric motor. depending on the required rotation speed and the actual rotation speed.
  • the present invention relates to a method for controlling the rotational speed of a rotor of a piezoelectric motor powered by at least two voltages excitation circuit each exciting an excitation sector of the piezoelectric material, the two excitation voltages being variable using variable physical parameters comprising the frequency, the amplitude and the phase shift of the two excitation voltages, characterized in that that it includes at least the following successive stages:
  • the method comprises the following additional steps: "determining the difference between the actual temperature and the reference temperature;” determining the variation of the speed of rotation according to said variable physical parameter for the actual temperature; modifying said variable physical parameter, and
  • variable physical parameter is the frequency of the excitation voltages.
  • the variation of the speed of rotation of the piezoelectric motor as a function of said variable physical parameter follows a Gaussian type law.
  • the temperature variation of the speed of rotation of the piezoelectric motor as a function of the frequency of the excitation voltages is linear, for an amplitude and a phase shift of the fixed excitation voltages.
  • the present invention also relates to a device for controlling the speed of rotation of a piezoelectric motor rotor operating according to the method having the characteristics mentioned above.
  • FIG. 2 is a schematic representation of the arrangement of the excitation sectors of a piezoelectric ring used according to the prior art
  • FIG. 3 is a graph showing the variation of the rotational speed of a piezoelectric motor as a function of the frequency of the excitation voltages
  • FIG. 4 is a block diagram of the main steps of the control method according to the prior art of the speed of rotation of a piezoelectric motor as a function of the frequency of the excitation voltages;
  • FIG. 5 is a graph showing the variation of the speed of rotation of a piezoelectric motor as a function of the frequency of the excitation voltages and for two temperatures of the piezoelectric material;
  • FIG. 6 is a block diagram of the main steps of the method for regulating the speed of rotation of a piezoelectric motor according to the invention.
  • FIG. 7 illustrates theoretically a portion of the means for implementing the method according to the invention using a graph of variation of the speed of rotation as a function of the frequency of the excitation voltages for a temperature.
  • FIG. 3 is a graph of variation of the rotational speed of a piezoelectric motor of known type as a function of the frequency of the excitation voltages.
  • the speed of rotation of the piezoelectric motor it is determined, for a given speed value, the corresponding frequency of the excitation voltages of the excitation sectors A, B of the piezoelectric ring.
  • the modification of the control voltage by varying the amplitude of the excitation voltages by fixing the phase shift and the frequency or by acting on the phase shift of the excitation voltages by setting the amplitude and frequency.
  • the variation of the rotation speed ⁇ as a function of the amplitude of the excitation voltages also follows a Gaussian type law for a fixed phase and frequency as well as the variation of the rotation speed ⁇ as a function of the phase shift of the excitation voltages for a fixed frequency and amplitude.
  • FIG. 4 shows a functional diagram showing the main steps of a method for controlling the rotation of a piezoelectric motor currently used to regulate the speed of rotation over time.
  • step 400 the variation of the speed of rotation of the piezoelectric motor is determined as a function of the frequency of the excitation voltages (the amplitude and the phase shift being fixed), this variation being represented on the graph of Figure 3 as an example.
  • the user sets the rotational speed that he wants to reach with the aid of the piezoelectric motor (step 410).
  • step 400 Since the variation of the speed as a function of the frequency of the excitation voltages in step 400 has been determined, the user can then determine and set the frequency of the excitation voltages which he has to apply. to the piezoelectric motor to have the fixed rotation speed Vreeiie (step 420).
  • the rotor of the piezoelectric motor then has a theoretical rotational speed v t heo ⁇ e •
  • the only currently known means for compensating the speed of rotation of the piezoelectric motor over time is to measure the actual rotational speed (step 430) and to calculate if there is a difference between the theoretical desired rotation speed v t heo ⁇ e and the actual rotational speed v ree iie (step 440). In the case of a positive response and if the difference between these two speeds exceeds a certain drift acceptability threshold, then the frequency of the theoretical excitation voltages of the excitation sectors should be modified. The process then recommences at step 420.
  • the piezoelectric motor is allowed to operate over a period of time t during which the engine operating parameters are not modified (step 450). After this time, the actual rotational speed (step 430) is again measured and the difference between the actual rotational speed and the theoretical rotational speed (step 440) is again calculated.
  • FIG. 5 represents a graph illustrating the variation of the speed of rotation of a piezoelectric motor as a function of the variation of frequency of the excitation voltages (the amplitude and the phase shift of the excitation voltages are fixed) and for two temperatures data of the piezoelectric material.
  • the change in temperature of the piezoelectric material thus influences in a linear manner the variation of the speed of rotation of the piezoelectric motor as a function of the frequency of the voltages. excitation (the amplitude and the phase shift of the excitation voltages being fixed), which results in a translation of the graph illustrating this variation.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the main steps of the method according to the invention for controlling the speed of rotation of the piezoelectric motor, the method according to the invention being based on the linear behavior at the temperature of the variation of the speed. of rotation of the piezoelectric motor as a function of the frequency of the excitation voltages.
  • the variation of the rotational speed of the rotor of the piezoelectric motor is determined as a function of the frequency of the excitation voltages for a reference temperature (step 600), the amplitude and the phase shift of the voltages. of excitation being fixed.
  • the theoretical reference frequency is then determined (step 620).
  • the piezoelectric motor is started and it is measured the actual speed v ree iie engine (step 630). It is then calculated the difference between v t heo ⁇ e and v r éeiie (step 640). If the difference between these two values does not exceed an acceptable threshold value, then the motor is allowed to run for a certain period of waiting time t (step 650) and is then again measured rotational speed v ree iie after this lapse of time and therefore returns to the step of measuring the rotational speed of the piezoelectric motor (step 630).
  • the waiting time t corresponds to a sampling period.
  • Figure 7 shows more precisely the mode of determining the value of this temperature difference.
  • FIG. 7 a first curve showing the variation of the rotational speed as a function of the frequency of the excitation voltages for a reference temperature T re f (solid line curve).
  • the realization of this curve is carried out during step 600 of determining the speed of rotation of the piezoelectric motor as a function of the frequency of the excitation voltages for a reference temperature with the amplitude and the phase shift of the excitation voltages. set.
  • the theoretical rotational speed v t heo ⁇ e (step 610) is then set for this reference temperature.
  • the frequency of the theoretical theoretical excitation voltages is determined (step 620).
  • the piezoelectric motor By measuring the actual rotational speed v ree iie the piezoelectric motor, it determines the position of point E (step 630) and the difference between the actual temperature T ree iie and the reference temperature T ref (step 640). The position of point F is then determined.
  • the resonance modes of the motor are relatively close to the curve of variation of the speed of rotation as a function of the frequency of the excitation voltages for a reference temperature, it is possible, during the determination of the curve at real temperature, to change the resonance mode and in particular, during the translation of the reference temperature curve to interfere with a resonance mode.
  • the present invention also relates to a device for controlling the speed of rotation of a piezoelectric motor rotor operating according to the method as previously described.
  • the present invention has been described on the basis of the variation of the rotational speed of the rotor of the piezoelectric motor as a function of the frequency of the excitation voltages, the other variable physical parameters of the excitation voltages being fixed, namely the amplitude and phase shift of excitation voltages.
  • the variation of the speed of rotation of the piezoelectric motor as a function of the amplitude of the excitation voltages, the phase shift and the frequency then being fixed, or, alternatively as a function of the phase shift of the excitation voltages, the frequency and the amplitude excitation voltages being fixed. It is then possible to apply the principle according to the invention on the basis of these variations.

Abstract

La présente invention porte sur un procédé de commande de la vitesse de rotation d'un rotor de moteur piézoélectrique comprenant au moins une étape de détermination de la variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation du moteur piézoélectrique pour la température réelle du matériau piézoélectrique.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE DE LA VITESSE DE ROTATION D'UN ROTOR DE MOTEUR PIEZOELECTRIQUE
La présente invention concerne d'une façon générale le domaine des moteurs piézoélectriques rotatifs, et plus spécifiquement elle concerne un procédé de commande de la vitesse de rotation d'un moteur piézoélectrique.
Dans un moteur piézoélectrique rotatif, dit aussi moteur rotatif à onde progressive, l'entraînement d'un rotor est dû à la friction des dents du stator sur la surface de contact du rotor, le moteur comprenant des moyens piézoélectriques d'excitation du stator propres à exciter celui-ci et provoquer le déplacement rotatif du rotor .
A la figure 1 des dessins annexés, on a représenté très schématiquement une structure simplifiée d'un moteur piézoélectrique rotatif limitée aux principaux organes concernés par l'invention. Le rotor 1 se présente sous la forme générale d'une roue ayant un patin de contact 2 annulaire réuni par un voile 3 à un moyeu 4 central. Le stator 5 se présente sous la forme générale d'une structure annulaire fixe comportant une couronne statorique 6 annulaire qui possède une surface dentée 9 sur laquelle est en appui le patin de contact 2 et qui est supportée en porte-à-faux vers l'extérieur sur une embase 7 annulaire par l'intermédiaire d'une jante statorique 8 d'étendue sensiblement radiale ; le matériau céramique piézo-électrique 10 est fixé sous la couronne statorique 6 à l'opposé de la surface dentée 9. Ainsi, l'entraînement du rotor se fait par friction des dents du stator 5 sur la surface de contact du rotor 1.
La figure 2 représente un modèle de répartition des éléments piézo-électriques sous la couronne statorique 6 selon l'art antérieur, le matériau piézo-électrique 10 se présentant alors sous la forme d'un anneau piézo-électrique avec deux secteurs d'excitations, couramment appelés « électrodes d'excitation », un secteur A correspondant à un mode d'excitation sinusoïdal et un secteur B correspondant à un mode d'excitation cosinusoïdal, c'est-à-dire que le secteur piézo-électrique A est excité sous une tension d'excitation du type ksinωt et que le secteur piézoélectrique B est excité sous une tension du type kcosωt, k étant une constante, t le temps et ω la période. Les deux tensions d'excitation sont donc décalées de π/2 l'une par rapport à l'autre et ont la même fréquence d' excitation .
Chaque secteur d'excitation comprend une pluralité de segments piézocéramiques ai-aε, bi-bε polarisés de manière alternée.
Ainsi, en considérant deux segments piézoélectriques alternés limitrophes et en les excitant avec une même tension, on obtient la contraction d'un segment et la dilatation de l'autre, ce qui entraîne la déformation de la surface du stator 5 en formant une onde stationnaire, chaque segment piézo-électrique des secteurs piézo-électriques A, B étant d'une même longueur périphérique correspondant à une demi-longueur d'onde λ/2 de l'onde stationnaire générée par l'excitation du secteur piézo-électrique A, B.
Ainsi, les secteurs d'excitation A, B permettent chacun la génération d'une onde stationnaire avec une même longueur d'onde λ.
Les deux secteurs piézoélectriques A, B sont séparés d'un secteur S, non excité par une tension d'excitation, d'une longueur périphérique correspondant à un quart de longueur d'onde λ/4 et sont excités avec des tensions d'excitation décalées de π/2 l'une par rapport à 1' autre .
Ainsi, les deux ondes stationnaires générées par les secteurs d'excitation A, B sur l'anneau piézoélectrique 10 sont décalées l'une de l'autre d'un quart de longueur d'onde (λ/4) .
La superposition des deux ondes stationnaires résulte en la formation d'une onde progressive d'une longueur d'onde λ se déplaçant le long de l'anneau piézoélectrique, et par voie de conséquence, entraîne également la déformation de la couronne statorique 6 sur laquelle est fixé l'anneau piézo-électrique 10 avec la formation d'une onde progressive se déplaçant sur la couronne statorique 6.
La formation d'une onde progressive permet la création de petits mouvements elliptiques au niveau de la surface dentée 9 de la couronne statorique 6 ce qui entraîne par friction la rotation du rotor 1 dans un sens de déplacement opposé au sens de déplacement de l'onde progressive . Le principe de fonctionnement d'un moteur piézoélectrique à l'aide d'un stator et d'un rotor tel que précédemment décrit est bien connu (voir par exemple US 6 674 217) .
La transmission du mouvement de rotation de l'onde progressive au rotor est basée sur la friction de la surface dentée 9 sur le rotor 1, cette friction, présentant un rendement de 30 à 40%, favorise les échauffements en température, l'élévation en température jouant notamment sur les contraintes internes du stator issues du collage du matériau piézoélectrique sur le stator .
Ainsi, le matériau piézoélectrique réagit différemment selon que sa température est plus ou moins élevée .
Du fait de son échauffement, il est donc relativement difficile de contrôler avec exactitude la vitesse de rotation du moteur lors du fonctionnement en continu du moteur.
Ainsi, si l'utilisateur souhaite faire fonctionner le moteur piézoélectrique à une vitesse de rotation fixée, les moyens de réglage de la vitesse ne tiennent pas automatiquement compte de l'élévation en température du matériau piézoélectrique et la vitesse réelle de rotation du moteur piézoélectrique est différente de la vitesse de rotation demandée. En effet, de manière courante, le pilotage du moteur est réalisé à l'aide du pilotage des tensions d'excitation des deux secteurs d'excitation.
Ainsi, afin de modifier la vitesse de rotation du moteur au cours du temps, il est couramment modifié les paramètres variables des tensions d'excitation, notamment en modifiant, de manière indépendante ou combinée, la fréquence et l'amplitude des tensions d'excitation et/ou la phase et l'amplitude des tensions d'excitation.
Toutefois, ce pilotage de la vitesse de rotation du moteur en fonction d' au moins deux paramètres est relativement complexe à mettre en œuvre et ne tient pas compte des modifications en température du mode de fonctionnement du matériau céramique piézoélectrique.
Il serait donc particulièrement intéressant de pouvoir réguler la vitesse de rotation du moteur selon un procédé tenant compte de la modification de température du matériau piézoélectrique.
La présente invention se propose de résoudre ce problème à l'aide d'un procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un moteur piézoélectrique tenant compte de la température du matériau piézoélectrique et donc permettant de modifier automatiquement les paramètres de commande du moteur piézoélectrique en fonction de la vitesse de rotation demandée et de la vitesse de rotation réelle.
La présente invention porte sur un procédé de commande de la vitesse de rotation d'un rotor d'un moteur piézoélectrique alimenté par au moins deux tensions d'excitation excitant chacune un secteur d'excitation du matériau piézoélectrique, les deux tensions d'excitation étant variables à l'aide de paramètres physiques variables comprenant la fréquence, l'amplitude et le déphasage des deux tensions d'excitation, caractérisé en ce qu' il comprend au moins les étapes successives suivantes :
- détermination de la variation de la vitesse de rotation du rotor du moteur piézoélectrique en fonction de l'un des paramètres physiques variables, les autres paramètres étant fixés, pour une température de référence;
- fixation d'une vitesse de rotation ;
- détermination et alimentation du moteur avec des tensions d'excitation à la valeur théorique dudit paramètre physique variable ;
- mesure de la vitesse de rotation réelle ;
- calcul de la différence entre la vitesse de rotation théorique et la vitesse de rotation réelle ; o si la différence est inférieure à une valeur seuil, alors après un temps d'attente, le procédé recommence à ladite étape de mesure de la vitesse de rotation réelle; o si la différence est supérieure à une valeur seuil, alors, le procédé comprend les étapes supplémentaires suivantes : " détermination de l'écart entre la température réelle et la température de référence; " détermination de la variation de la vitesse de rotation en fonction dudit paramètre physique variable pour la température réelle ; " modification dudit paramètre physique variable, et
" retour à ladite étape de détermination et alimentation du moteur avec des tensions d'excitation à la valeur théorique dudit paramètre physique variable.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le paramètre physique variable est la fréquence des tensions d'excitation.
Avantageusement, la variation de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique en fonction dudit paramètre physique variable suit une loi de type gaussienne .
De manière avantageuse, la variation en température de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d'excitation est linéaire, pour une amplitude et un déphasage des tensions d'excitation fixés.
La présente invention porte également sur un dispositif de commande de la vitesse de rotation d'un rotor de moteur piézoélectrique fonctionnant selon le procédé présentant les caractéristiques précédemment mentionnées .
La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'un mode de réalisation uniquement illustratif et nullement limitatif de la portée de la présente invention, et à partir des illustrations ci-jointes, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique représentant les principaux organes de fonctionnement d'un moteur piézoélectrique ;
- la figure 2 est une représentation schématique de la disposition des secteurs d'excitation d'un anneau piézoélectrique utilisé selon l'art antérieur ;
- la figure 3 est un graphique représentant la variation de la vitesse de rotation d'un moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d'excitation ;
- la figure 4 est un schéma fonctionnel des principales étapes du procédé de régulation selon l'art antérieur de la vitesse de rotation d'un moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d'excitation ;
- la figure 5 est un graphique représentant la variation de la vitesse de rotation d'un moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d'excitation et pour deux températures du matériau piézoélectrique ;
- la figure 6 est un schéma fonctionnel des principales étapes du procédé de régulation de la vitesse de rotation d'un moteur piézoélectrique selon l'invention, et
- la figure 7 illustre de manière théorique une partie des moyens de mise en œuvre du procédé selon l'invention à l'aide d'un graphique de variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation pour une température de référence Tref et une température réelle Treeiie- La figure 3 est un graphique de variation de la vitesse de rotation d'un moteur piézoélectrique de type connu en soi en fonction de la fréquence des tensions d' excitation .
Ainsi, pour déterminer la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique, il est déterminé, pour une valeur de vitesse donnée, la fréquence correspondante des tensions d'excitation des secteurs d'excitation A, B de l'anneau piézoélectrique.
Le présent Demandeur a découvert que, pour une amplitude de tension d'excitation fixée et une déphasage entre les deux tensions d'excitation de π/2, la variation de la vitesse de rotation Ω en fonction de la fréquence des tensions d'excitation f suit une loi du type gaussienne Ω=A. exp (B . f2_ C2) correspondant à la résonance du stator, avec A, B et C des inconnues variables.
Du fait que l'amplitude de la tension d'excitation est fixée et que le déphasage entre les deux tensions d'excitation est également fixé, il est uniquement possible de modifier la fréquence des tensions d'excitation f.
Cependant, il est également possible de prévoir la modification de la tension de commande en jouant sur l'amplitude des tensions d'excitation en fixant le déphasage et la fréquence ou en jouant sur le déphasage des tensions d'excitation en fixant l'amplitude et la fréquence. En effet, la variation de la vitesse de rotation Ω en fonction de l'amplitude des tensions d'excitation suit également une loi de type gaussienne pour un déphasage et une fréquence fixés ainsi que la variation de la vitesse de rotation Ω en fonction du déphasage des tensions d'excitation pour une fréquence et une amplitude fixées.
Il est représenté sur la figure 4 un schéma fonctionnel reprenant les principales étapes d'un procédé de commande en rotation d'un moteur piézoélectrique actuellement mis en œuvre pour réguler la vitesse de rotation au cours du temps.
Lors d'une première étape préalable (étape 400), il est déterminé la variation de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d'excitation (l'amplitude et le déphasage étant fixés) , cette variation étant représentée sur le graphique de la figure 3 à titre d'exemple.
Ensuite, l'utilisateur fixe la vitesse de rotation Vreeiie qu' i1 souhaite atteindre à l'aide du moteur piézoélectrique (étape 410).
Du fait qu' il a été déterminé la variation de la vitesse en fonction de la fréquence des tensions d'excitation lors de l'étape 400, l'utilisateur peut alors déterminer et fixer la fréquence des tensions d'excitation qu'il doit appliquer au moteur piézoélectrique pour avoir la vitesse de rotation fixée Vreeiie (étape 420) .
Le rotor du moteur piézoélectrique a alors une vitesse de rotation théorique vtheoπe •
Comme il a été précédemment expliqué, il y a une dérive du mode de fonctionnement du moteur piézoélectrique du fait de l' échauffement du matériau céramique piézoélectrique, le moteur piézoélectrique ayant une vitesse de rotation plus élevée à basse température et une vitesse de rotation moins élevée à haute température pour une même fréquence des tensions d' excitation .
Il est très difficile de mesurer en tant que tel la température du matériau piézoélectrique. Ainsi, le seul moyen actuellement connu pour compenser au cours du temps la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique consiste à mesurer la vitesse de rotation réelle (étape 430) et de calculer s'il existe une différence entre la vitesse de rotation souhaitée théorique vtheoπe et la vitesse de rotation réelle vreeiie (étape 440) . Dans le cas d'une réponse positive et si la différence entre ces deux vitesses dépasse un certain seuil d'acceptabilité de dérive, alors, il convient de modifier la fréquence des tensions d'excitation théorique des secteurs d'excitation. Le procédé recommence alors à l'étape 420.
Dans le cas où la différence entre la vitesse de rotation souhaitée et la vitesse de rotation réelle est nulle ou négligeable, alors le moteur piézoélectrique est autorisé à fonctionner sur une période de temps t au cours de laquelle les paramètres de fonctionnement du moteur ne sont pas modifiés (étape 450) . Après ce laps de temps, il est de nouveau mesuré la vitesse de rotation réelle (étape 430) et de nouveau calculé la différence entre la vitesse de rotation réelle et la vitesse de rotation théorique (étape 440).
Selon ce procédé, il n'est pas tenu compte des variations de température, d'où une régulation de la vitesse peu homogène au cours du temps et complexe à mettre en œuvre.
La figure 5 représente un graphique illustrant la variation de la vitesse de rotation d'un moteur piézoélectrique en fonction de la variation de fréquence des tensions d'excitation (l'amplitude et le déphasage des tensions d'excitation sont fixés) et pour deux températures données du matériau piézoélectrique.
Le présent Demandeur a découvert que l'inconnue C de l'équation de la variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation Ω=A. exp (B . f2_ C2) dépend linéairement, au premier degré, de la température.
Ainsi, la courbe de variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation (pour un déphasage et une amplitude fixés) se translate linéairement avec la température sur le repère représentant la vitesse de rotation en fonction de la fréquence.
Ainsi, et comme cela apparaît sur la figure 5, il a été déterminé la variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation pour deux températures et constaté expérimentalement que les deux courbes se superposent sensiblement par simple translation de l'une des courbes sur l'autre.
La modification en température du matériau piézoélectrique influe donc de manière linéaire sur la variation de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d'excitation (l'amplitude et le déphasage des tensions d'excitation étant fixés), ce qui se traduit par une translation du graphique illustrant cette variation.
La figure 6 est un schéma fonctionnel reprenant les principales étapes du procédé selon l'invention pour la commande de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique, le procédé selon l'invention étant basé sur le comportement linéaire à la température de la variation de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d' excitation .
Lors d'une étape préliminaire, il est déterminé la variation de la vitesse de rotation du rotor du moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d'excitation pour une température de référence (étape 600), l'amplitude et le déphasage des tensions d'excitation étant fixés.
Il est ensuite fixé la vitesse de rotation vtheoπe à laquelle l'utilisateur souhaite faire fonctionner le moteur piézoélectrique (étape 610).
Grâce à la détermination au préalable de la variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation, en ayant fixé la vitesse de rotation, il est alors déterminé la fréquence de référence théorique (étape 620).
Le moteur piézoélectrique est alors mis en route et il est mesuré la vitesse de rotation réelle vreeiie du moteur (étape 630) . II est ensuite calculé la différence entre vtheoπe et vreeiie (étape 640) . Si la différence entre ces deux valeurs ne dépasse pas une valeur seuil acceptable, alors le moteur est autorisé à fonctionner pendant un certain laps de temps d'attente t (étape 650) et il est ensuite de nouveau mesuré la vitesse de rotation vreeiie après ce laps de temps et on revient donc à l'étape de mesure de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique (étape 630) . En général, le temps d'attente t correspond à une période d'échantillonnage.
Dans le cas où la différence entre vtheoπe et vreeiie est trop grande, du fait du comportement linéaire à la température de la variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation, il est déterminé l'écart de température entre la température de référence et la température réelle (étape 660) .
La figure 7 représente de manière plus précise le mode de détermination de la valeur de cet écart de températures .
En effet, il est représenté à la figure 7 une première courbe représentant la variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation pour une température de référence Tref (courbe en trait plein) . La réalisation de cette courbe est réalisée lors de l'étape 600 de détermination de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d'excitation pour une température de référence avec l'amplitude et le déphasage des tensions d'excitation fixés. II est ensuite fixé la vitesse de rotation théorique vtheoπe (étape 610) pour cette température de référence. En déterminant la position du point D sur la courbe de la température de référence, il est alors déterminé la fréquence des tensions d'excitation théorique ftheoπe (étape 620).
En mesurant la vitesse de rotation réelle vreeiie du moteur piézoélectrique, on détermine la position du point E (étape 630) ainsi que la différence entre la température réelle Treeiie et la température de référence Tref (étape 640) . On détermine alors la position du point F.
Du fait de la linéarité en température de la variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation, puisque l'on connaît l'écart de température et la position du point E, il est possible de tracer la courbe de variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation pour la température réelle (courbe en tirets sur la figure 7 et passant par le point E) . Il suffit en effet de translater la courbe tracée pour la température de référence jusqu'à ce que cette courbe passe par le point E (étape 670) .
Il est ensuite possible de modifier la fréquence des tensions d'excitation fmθdifie en déterminant la position du point G sur la courbe à température réelle à partir de la vitesse de rotation théorique souhaitée
(étape 680) .
Par ailleurs, il est déterminé la courbe à température réelle de la variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation par une approximation linéaire, c'est-à-dire une translation de la courbe, étant entendu qu'il est possible de déterminer de manière plus précise la fonction à appliquer à la courbe à température de référence pour obtenir la courbe à température réelle, étant entendu que dans le mode de réalisation décrit ci- dessus cette fonction est linéaire.
De plus, si les modes de résonance du moteur sont relativement proches de la courbe de variation de la vitesse de rotation en fonction de la fréquence des tensions d'excitation pour une température de référence, il est possible, lors de la détermination de la courbe à température réelle, de changer de mode de résonance et notamment, lors de la translation de la courbe à température de référence d' interférer avec un mode de résonance .
Il convient alors de changer de mode en modifiant le signe de la correction.
La présente invention porte également sur un dispositif de commande de la vitesse de rotation d'un rotor de moteur piézoélectrique fonctionnant selon le procédé tel que précédemment décrit.
La présente invention a été décrite sur la base de la variation de la vitesse de rotation du rotor du moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d'excitation, les autres paramètres physiques variables des tensions d'excitation ayant été fixés, à savoir l'amplitude et le déphasage des tensions d'excitations. Toutefois, il est également possible de déterminer la variation de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique en fonction de l'amplitude des tensions d'excitation, le déphasage et la fréquence étant alors fixés, ou bien, alternativement en fonction du déphasage des tensions d'excitation, la fréquence et l'amplitude des tensions d'excitation étant fixées. Il est alors possible d'appliquer le principe selon l'invention sur la base de ces variations.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande de la vitesse de rotation d'un rotor d'un moteur piézoélectrique alimenté par au moins deux tensions d'excitation excitant chacune un secteur d'excitation (A, B) du matériau piézoélectrique, les deux tensions d'excitation étant variables à l'aide de paramètres physiques variables comprenant la fréquence, l'amplitude et le déphasage des deux tensions d'excitation, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes successives suivantes :
- détermination de la variation de la vitesse de rotation du rotor du moteur piézoélectrique en fonction de l'un des paramètres physiques variables, les autres paramètres étant fixés, pour une température de référence (600);
- fixation d'une vitesse de rotation (610) ;
- détermination et alimentation du moteur avec des tensions d'excitation à la valeur théorique dudit paramètre physique variable (620) ;
- mesure de la vitesse de rotation réelle (630) ;
- calcul de la différence entre la vitesse de rotation théorique et la vitesse de rotation réelle (640) ; o si la différence est inférieure à une valeur seuil, alors après un temps d'attente (650), le procédé recommence à ladite étape de mesure de la vitesse de rotation réelle (630); o si la différence est supérieure à une valeur seuil, alors, le procédé comprend les étapes supplémentaires suivantes :
" détermination de l'écart entre la température réelle et la température de référence (660); " détermination de la variation de la vitesse de rotation en fonction dudit paramètre physique variable pour la température réelle (670) ;
" modification dudit paramètre physique variable (680), et
" retour à ladite étape de détermination et alimentation du moteur avec des tensions d'excitation à la valeur théorique dudit paramètre physique variable (620).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit paramètre physique variable est la fréquence des tensions d'excitation.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique en fonction dudit paramètre physique variable suit une loi de type gaussienne.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variation en température de la vitesse de rotation du moteur piézoélectrique en fonction de la fréquence des tensions d'excitation est linéaire, pour une amplitude et un déphasage des tensions d'excitation fixés.
5. Dispositif de commande de la vitesse de rotation d'un rotor de moteur piézoélectrique fonctionnant selon le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes .
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