FR2525410A1 - Moteur piezo-electrique - Google Patents

Abstract

LE MOTEUR PROPOSE COMPORTE UN STATOR 1 ET UN ROTOR 4 COOPERANT A CELUI-CI PAR FRICTION, DONT L'UN OU L'AUTRE COMPREND AU MOINS UN OSCILLATEUR PIEZO-ELECTRIQUE 5. L'OSCILLATEUR PIEZO-ELECTRIQUE 5 COMPREND UN ELEMENT PIEZO-ELECTRIQUE 6, FAIT A PARTIR D'UNE SUBSTANCE PIEZO-ELECTRIQUE POLARISEE, PRESENTANT SUR SES SURFACES OPPOSEES DES ELECTRODES 7 QUI SONT RELIEES A UNE SOURCE 8 D'ALIMENTATION EN VUE D'AMORCER, DANS L'OSCILLATEUR 5, DES OSCILLATIONS ACOUSTIQUES. LE MOTEUR COMPORTE AUSSI AU MOINS DEUX POUSSOIRS 9 DONT CHACUN EST SOLLICITE CONTRE LA SURFACE DE COOPERATION DU ROTOR 4 ET DU STATOR 1. L'ELEMENT PIEZO-ELECTRIQUE 6 EST POLARISE SUIVANT LA NORMALE AUX SURFACES DES ELECTRODES 7 ET EST DISPOSE DE FACON QUE LE SENS DE PROPAGATION DU MODE RESONANT DES OSCILLATIONS LONGITUDINALES PRODUITES PAR L'OSCILLATEUR 5 EST NORMAL A LA SURFACE 10.

Description

MOTEUR PIEZO-EIECTRIQUE

La présente invention concerne un moteur pi-

ézo-électrique. Le moteur piézo-électrique selon l'invention peut

être avantageusement utilisé en tant que moteur élec-

trique de basse vitesse qu'on n'a pas besoin d'équiper un réducteur et qui peut tourner en continu ou en discontinu (pas à pas) Les moteurs de ce type peuvent trouver une IO large application dans les organes d'exécution de systèmes

automatiques, dans les mécanismes tendeurs de bande magné-

tique, dans les organes d'alimentation en donnés et d'ex-

traction des résultats, dans les imprimantes de donnés nu-

mériques, dans les appareils photo et cinématographiques, I 5 dans les tourne-disques ainsi que dans plusieurs autres

appareils et mécanismes.

A l'heure actuelle, on connait déjà plusieurs moteurs

piézo-électrique du type transformant de l'énergie électri-

que en énergie mécanique de mouvement angulaire du rotor

ou bien de rotation continue de celui-ci.

Le stator faisant partie des moteurs piézo-électriques de ce type est immobile par rapport à une base supportant

le moteur lui-même Le rotor, qui constitue la partie mo-

bile du moteur, est monté sur le stator de manière à pou-

voir tourner, par exemple, dans des paliers.

A la différence des moteurs électriques, qui sont ca-

ractérisés par une interaction magnétique entre le stator

et le rotor, le stator et le rotor d'un moteur piézo-éle-

ctrique coopèrent l'un avec 'l'autre par friction, c'est-

-à-dire que cette coopération est due aux forces de frotte-

ment Cette coopération s'opère suivant une surface qui fi-

gurera, dans les développements ultérieurs, sous le nom de "surface de coopération par friction" C'est la raison pour laquelle, le moteur piézoélectrique étant mis hors

circuit, le rotor de celui-ci se voit bloqué par un mo-

ment de frottement Alors, pour tourner le rotor d'un -2- un moteur débranché, il faut y appliquer une force dont

le moment pourrait surmonter les forces de frottement.

Pour obtenir un moment de rotation, le stator ou le rotor

du moteur piézo-électrique est muni d'un oscillateur pie-

zo-electrique, dit parfois "vibrateur piézo-électrique", qui se présente en forme d'un résonateur électromécanique

comportant une partie active piézo-electriquement ou élé-

ment piézo-électrique L'élément piézo-électrique est nor-

malement fait à partir d'une substance piézo-olectrique mo-

no ou polycristalline qui est polarisée dans un seul sens.

L'élément piézo-électrique comprend aussi au-moins deux électrodes réalisées, par exemple, en forme de revêtements métalliques minces On voit normalement connectées à ces électrodes des prises de courant métalliques, servant à

brancher l'élément considéré sur une source de tension al-

ternative dont la fréquence est choisie égale ou proche

de celle de résonance de 1 ' oscillateur piëzo-6 lectrique.

L'élément piézo-électrique étant branché sur une telle source,on assiste à la naissance, dans cet élément, : d'un mode résonant d' oscillations mécaniques élastiques (oscillations acoustiques) qui se propage le long d'une

des dimensions géométriques de l'oscillateur Ces oscilla-

tions aniwnt tout 1 ' oscillateur iso 13 acoustiquement

dans le stator.

Ie contact par friction entre le stator et le rotor

sert de redresseur mécanique transformant les oscilla-

tions mécaniques élastiques en impulsions de mouvements angulaires du rotor unidirectionnelles Ces impulsions sont atténuées par la masse du rotor en se transformant

en un mouvement angulaire continu de celui-ci.

Parmi les moteurs piézo-électriques de ce type on peut en citer un par exemple, dont l'oscillateur est réalisé en forme d'une plaque piézoélectrique une extrémité de laquelle est sollicitée contre le rotor (voir le brevet

US n 4019073).

-

Ces moteurs se caractérisent par un rendement élevé (su-

périeur à 60 %) Cependant ils nécessitent d'être ali 7-entés à partir d'une source à haute tension et ne fonctionnent que dans une plage de fréquences restreinte se trouvant

sur la pente de la caractéristique de résonance de l'os-

cillateur Ie moteur piézo-électrique connu nécessite, d'autre part, des moyens électroniques cimpliqués pour maintenir la fréquence de la tension d'alimentation dans I O la plage des fréquences de fonctionnement en cas de variations de température, de clharge ainsi qu'en présence

d'autres facteurs de destabilisation Une pression éle-

vée, que le stator exerce sur le rotor, conduit à l'insta-

bilité de la vitesse de rotation du rotor momentanée due I 5 aux fauxronds de rotation de celui-ci Pour remédier à

ce dernier inconvénient, on peut prévoir plusieurs oscil-

lateurs, ce qui allourdit l'ensemble du moteur et rend plus compliqué le circuit de sa source d'alimentation du fait que chacun des éléments piézoélectriques nécessite une source d'alimentation individuelle Il faut y ajouter d'ailleurs aue le contact direct entre l'oscillateur et le rotor conduit aux changement par sauts de l'impédance

du moteur piézo-6 électrique, ce qui rend instable le fonc-

tionnement des circuits d'alimentation auto-générateurs.

Mais ce sont justement les circuits d'alimentation de ce type qui permettent la stabilité des paramètres du moteur

sans ce cu'on ait besoin de recourir à des moyens électro-

niques auxiliaires.

On connaît un autre moteur piézo-électrique (voir toujours le brevet us no 4019073) dont l'oscillateur se présente en forme d'un disque ou d'une bague piézo-électrique coopérant avec une multitude de placues minces montées symétriauement, lesquelles plaques servent de "repoussoirs" I'élément piézo-électrique se repousse oar ranooocrt à ces olaques

en oroduisant un moment de rotation.

Ies moteurs piézo-électriques de ce type utilisent

des oscillateurs produisant des oscillations lon-itudi-

-4-

nales Les oscillations longitudinales sont celles aux-

quelles on assiste lorsque les déplacements oscillatoires élastiques des particules se produisent dans le sens de transmission de l'énergie mécanique d'une particule à l'autre ou, en d'autres termes, dans le sens de propaga- tion de l'onde élastique Cos oscillateurs diffèrent des oscillateurs produisant des oscillations transversales,

qui se caractérisent en ce que leurs particules se dépla-

cent transversalement (perpendiculairement) au sens de propagation de l'onde élastique Des corps homogènes en forme de plaque, disque ou barreau, munis d'une paire d'électrodes sur les surfaces opposées et polarisés dans

le sens perpendiculaire aux surfaces des électrodes cons-

tituent les formes élémentaires des oscillateurs produi-

sant des oscillation 3 longitudinales Les même corps, mais

polarisés dans le sens parallèle aux surfaces des électro-

des, cela pour amorcer des oscillations de poussée, cons-

tituent les formes élémentaires des oscillateurs produi-

sant des oscillations transversales.

Les moteurs piézo-électriques connus, ceux notamment

qui sont munis d'un oscillateur en forme de disque ou de bague pro-

duisant des oscillations longitudinales et coopérant avec des "repoussoirs", présentent un rendement relativement bas qui n'atteint que 10 % Cela s'explique par le fait que

qu'une faible partie seulement de l'énergie, dont l'élé-

ment pià>-o-électrique est possesseur, sort par le contact

acoustique de la plaque mince du poussoir avec l'oscilla-

tour et se transforme ensuite en énergie de rotation du

rotor Dans ces conditions, la meilleure partie de l'éner-

gie acoustique est renvoyée par la surface cylindrique de l'oscillatçur et est dissipée dans le matériau de l'oscillateur C'est aussi la raison pour laquelle la puissance et le moment de rotation produit par ces moteurs

est relativement basse.

On connaît aussi des moteurs piézo-électriques dont le stator comprend un oscillateur produisant des vibrations

de torsion Cet oscillateur fait partie du groupe réunis-

-5 -

sant les oscillateurs produisant des oscillations trans-

versales En conformité avec le brevet us n? 3211931, l'oscillateur en question comprend un élément piézo-électrique, qui se présente sous la forme d'un cylindre creux Ce moteur comprend aussi des

poussoirs, qui se présentent sous la formne de plaques de maté-

riau non piézo-électrique, dont des extrémités sont fixées au voisinage d'un seul ou des deux abouts de l'oscillateur,

les autres extr Amitées coopérant avec la surface cylindri-

JO que du rotor Le sens de propagation du mode résonant des oscillations transversales est parallèle à la génératrice de la surface cylindrique du rotor Ce moteur a pour le

principe de fonctionnement celui d'interaction de deux ty-

pes d'oscillations réciproquement transversales Du fait

I 5 que l'oscillateur lui-même produit les oscillations trans-

versales (de torsion), les oscillations résultant du con-

tact parfriction entre le stator et le rotor ne peuvent

être autres que celles longitudinales Cependant la fré-

quence de résonance des oscillations longitudinales est, me-me en meilleure circonstance, 1,5 fois supérieure à la fréquence des oscillations transversales d'o résulte

ce que les oscillations longitudinales naissent à une fré-

quence inférieure à celle de résonance et que leur ampli-

tude de déplacement est inférieure à l'amplitude de dépla-

cement des oscillations transversales Cela signifie que la pression que le poussoir exerce sur le rotor, lors de son mouvement en avant, n'est que faiblement supérieure

à celle qui se fait sentir lors de son mouvement en arriè-

re Par conséquent, le poussoir agit sur le rotor, pendant le premier demicycle, de manière à le pousser en avant, mais, pendant le deuxième, il déploie e un effort presque équivalent pour le repousser en arrière Ie rotor s'oppose cependant par inertie à cet effort du poussoir en sorte que toute énergie due au mouvement en arrière de celui-ci se transforme en énergie d'usure de ce poussoir d'o son

usure considérable et un rendement faible du moteur.

-6-

Il est d'autre part à noter qu'un nombre de diffi-

cultés se fait sentir lors de la polarisation suivant la

circonférence du cylindre creux et qu'une impédance éle-

vée à l'entrée du moteur exige une haute tension d'alimen-

tation Ce dernier inconvénient est dû à une basse fréquen- ce de fonctionnement du moteur et à une grande distance

séparant les électrodes Et enfin, ce moteur se caractéri-

se par un niveau de bruits acoustiques élevé qui se tra-

duit en crissements Cela s'explique par le fait que l'os-

IO cillateur cylindrique produisant des oscillations de tor-

sion présente un gradient de la vitesse oscillatoire sui-

vant la génératrice du cylindre De ce fait, les extré-

mités des poussoirs coopérant avec le rotor ont une vitesse oscillatoire différente qui varie suivant leur largeur ce

I 5 qui conduit à leur patinage sur le rotor pendant le fonction-

nement du moteur Ce phénomène est accompagné de forts bruits acoustiques, d'un affaiblissement du moment de rotation et d'une baisse du rendement du moteur C'est la raison pour

laquelle on recourt à des poussoirs dont la largeur est con-

sidérablement inférieure à la longueur de la génératrice du cylindre de l'oscillateur On arrive alors à diminuer les

bruits mais on assiste en même temps à la réduction du mo-

ment de rotation du moteur, de son rendement et de son te-

nue en service.

L'invention vise donc à mettre au point un moteur pié-

zoélectrique qui, grâce à la conception nouvelle de l'oscil-

lateur procurerait un moment de rotation et un rendement

plus élevés et qui se caractériserait par une meilleure te-

nue en service.

Selon l'invention, le moteur Miézo-

électrique comoorte un stator et un rotor coopérant par friction avec celui-ci dont l'un ou l'autre

comprend au moins un oscillateur piézo-électrique présen-

tant un élément piézo-électrique fait à partir d'une subs-

tance piézo-électrique polarisée et présentant, sur les surfaces opposées, des électrodes, oui sont connectées à une source d'alimentation en vue d'amorcer des oscillations 7-

acoustiques, et au moins deux poussoirs dont chacun pré-

sente une extrémité fixée sur l'oscillateur piézo-électri-

que pendant que son autre extrémité est sollicitée contre au moins une surface de coopération par friction du rotor et du stator, et il est

caractérisé en ce que l'élément piézo-électri-

que est polarisé suivant la normale aux surfaces des élec-

trodes et est disposé en sorte que le sens de propagation du mode de résonance des oscillations longitudinales est

IO normal par rapport à ladite surface de coopération par fri-

ction. Il est avantaqeux que l'élément piézo-électrique soit

une plaque de forme rectangulaire.

L'élément piézo-électrique peut aussi se présenter en

I 5 forme d'un barreau de section carrée.

I'élément piézo-électrique peut se présenter égale-

ment en forme de cylindre ou bien en forme d'une partie

de celui-ci.

Il est aussi possible de réaliser l'élément piézo-

électrique en forme d'une bague ou bien en forme d'une

partie de cette bague.

Il est aussi possible que l'élément piézo-électrique

se présente en forme de disque.

Un des modes de réalisation prévoit la réalisation

de l'élément piézo-électrique en forme d'une bague compo-

sée de plusieurs prismes.

Il est aussi possible qu'au moins une surface cy-

lindrique de l'élément piézo-électrique soit entourée

par une enveloppe.

La différence entre les diamètres intérieure et ex-

térieur de l'enveloppe peut être multiple de la moitié

de la longueur des oscillations longitudinales.

D'autres part, l'enveloppe en question peut gtre

réalisée en forme d'un concentrateur de contraintes méca-

niques.

Il est rationnel que les poussoirs soient fixés sur

au moins un about de l'élément piézo-électrique.

Chacun des poussoirs peut être fixé sur au moins

une des arêtes parallèles de l'élément piézo-électrique.

Un autre mode de réalisation du moteur piézo-électri-

que prévoit la fixation des poussoirs sur au moins une surface cylindrique de l'élément piézo-électrique. Ie moteur piézo-électrique conforme à l'invention peut comprendre un élément piézo-électrique présentant des

rainures dans lesquelles sont logés les poussoirs.

les poussoirs peuvent aussi être fixés à l'élément

I O piézo-électrique à l'aide d'un compound.

Les poussoirs peuvent également être fixés à l'en-

veloppe de l'élément piézo-électrique.

Il est rationnel que les poussoirs soient réalisés en

forme de plaques d'épaisseur uniforme.

I 5 Il est aussi rationnel que les poussoirs soient réali-

sés en forme de plaques d'épaisseur variable.

les plaques peuvent être de forme rectangulaire.

D'autre part, les plaques peuvent être de forme trapé-

zoldale.

Il est aussi possible que les poussoirs soient mul-

ticouches. Un autre mode de réalisation du moteur conforme à

l'invention prévoit ce qu'un isolant phonique soit inter-

calé entre les couches formant les poussoirs.

Il est également possible que les poussoirs se pré-

sentent en forme de tige.

les extrémités libres des poussoirs peuvent être

munies de couches en matériau résistant à l'usure.

Alors, la longueur des poussoirs peut être multiple

de 1/2 de la longueur des oscillations longitudinales.

En cas de mode de réalisation du moteur o l'oscil-

lateur piézo-électrique fait partie du stator, il est possible que le rotor se présente en forme d'un cylindre contre la surface latérale ducuel sont sollicitées les

extrémités libres des poussoirs.

En cas d'un autre mode de réalisation o le stator comprend un oscillateur piézo-électrique, il est cependant -c - désirable que le rotor soit réalisé en forme d'un cône tronqué contre la surface latérale duquel sont sollicitées

les extrémités libres des poussoirs.

En cas d'un autre mode de réalisation du moteur o le stator comprend un oscillateur piézo-électrique, il est rationnel que le rotor soit réalisé sensiblement en forme

d'un cylindre creux à l'intérieur duquel est installé l'os-

cillateur susmentionné.

On envisage aussi des modes de réalisation en confor-

IO mité avec lesquels le rotor peut comprendre au moins un disque contre l'une des surfaces duquel sont sollicités

les poussoirs.

Alors, au moins un disque peut être adapté pour le déplacement axial et être sollicité élastiquement contre

I 5 l'oscillateur.

Il est rationnel que les poussoirs soient disposés sy-

métriquement par rapport à l'axe de rotation du rotor et fassent un même angle avec la surface de coopération par friction.

I Le moteur revendiqué peut être muni d'un rotor sup-

plémentaire comprenant une autre surface de coopération.

par friction contre laciuelle sont sollicitées les extré-

mités libres d'autres poussoirs dont les autres extrémi-

tés sont fixées à l'oscillateur susmentionné.

Alors, les angles d'inclinaison des extrémités lib-

res des poussoirs, par rapport auxdites surfaces de coopé-

ration par friction, peuvent avoir un même signe.

D'autre part, les angles d'inclinaison des extrémités

libres des poussoirs, par rapport auxdites surfaces de co-

opération par friction, peuvent avoir les signes contrai-

res. En conformité avec d'autres modes de réalisation, le moteur piézoélectrique peut comprendre un convertisseur

position angulaire-signal électrique qui est relié élec-

triquement à la source d'alimentation.

Il est aussi rationnel que le moteur piézo-électrique comprenne en outre un rotor réversible monté coaxialement - par rapport au rotor principal et adapté pour la rotation

par rapport à ce dernier, deux oscillateurs piézo-électri-

ques en forme de plaques rectangulaires montés sur le stator et coopérant à tour de rôle avec ce rotor reversible à l'aide de deux éléments de sollicitation, reliés cinéma-

tiquement au rotor principal du moteur.

Conformes aux mode de réalisation décrits ci-dessus, les moteurs piézoélectriques permettent de bénéficier

d'un rendement allant au-dessus de 30 %, la tenue en ser-

IO vice de certains desdits-moteurs allant Jusqu'à 3000 h et leur tension d'alimentation ne dépassant pas 1 V Ia vitesse de rotation de ces moteurs piézo-électrique peut varier de 600 tr/min à 1 tour par 24 h Les moteurs en question peuvent developper des moments allant jusqu'à I 5 100 kg-cm Peu volumineux et très nerveux, ces moteurs piézo-électriques peuvent être largement utilisés en tant

que commandes exécutives des magnétophones, tourne-dis-

ques, Jouets mécaniques, machines automatiques, robots, prothèses, etc. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages-de celle-ci apparaîtront mieux à la

lumière de la description explicative qui va suivre de

différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: la figure I représente schématiquement un moteur

piézo-électrique conforme à l'invention, dont l'oscilla-

teur piézo-électrique se présente en forme d'une plaque rectangulaire; la figure 2 un autre mode de réalisation du moteur objet de la figure 1;

la figure 3 représente un mode de réalisation ca-

ractérisé en ce que l'oscillateur piézo-électrique est fixé sur le stator et se présente en forme d'une bague; la figure 4 est une-coupe suivant IV IV de la figure 3;

* les figures 5 a à 5 k représentent différents modes de réali-

11 - sation de l'élément piézo-électrique dont on peut équiper le moteur conforme à l'invention;

les fiqures 6 a à 6 q représentent différents modes de réali-

sation de l'oscillateur avec poussoirs; les figjures 7 a à 7 q reorésentent différents modes de fixa-

tion des extrémités des poussoirs à l'oscillateur piézo-

-électrique;

les figures 8 a e 8 q représentent différents modes de réali-

sation du poussoir;

Io les figures 9 a à 9 c représentent différents modes de réali-

sation du poussoir multicouche;

les figures 10 a à 10 c, lia, llb, 12 et 13 représentent dif-

férents modes d'installation des éléments piézo-électri-

ques 'sur le stator ou sur le rotor; I 5 les figures 14 a à 14 f et 15 sont des modes de réalisation du rotor;. les figures 16 a à 16 d représentent des modes de sollicitation

des poussoirs contre la surface de coopération par fric-

tion; la figure 17 représente un mode de réalisation du

moteur piézo-électrique caractérisé en ce que son oscil-

lateur se compose de plusieurs portions d'une bague; la figure 18 est un autre mode de réalisation du moteur piézo-électrique caractérisé en ce que les poussoirs sont fixés sur les abouts d'un oscillateur cylindrique; la figure 19 est un autre mode de réalisation du moteur piézo-électrique conforme à l'invention dont le

rotor se présente en forme de deux disques reliés rigi-

dement l'un à l'autre; la figure 20 représente un mode de réalisation du moteur niézo-électrique dont l'oscillateur se présente en forme d'une plaque rectangulaire avec poussoirs sur ses abouts; la figure 21 est une coupe suivant X= 5-XXI de la figure 20; 12 -

la figure 22 est un autre mode de réalisation du mo-

teur con'orme à l'invention dont; l'oscillateur se présente en forme d'un barreau de section rectangulaire muni de poussoirs sur ses abouts; la figure 23 est une coune suivant X'XIII-XXII de la figure 21;

la figure 24 est un autre mode de réalisation du mo-

teur oiézo-électrique caractérisé en ce qu'il est muni de poursoirs supplémentaires qui sont montés sur la surface IO intérieure d'un oscillateur cylindrique;

la figure 25 est un autre mode de réalisation du mo-

teur conforme à l'invention caractérisé en ce qu'il com-

prend des poussoirs supplémentaires qui sont montés sur la surface extérieure d'un o c cillateur cylindrique; I 5 la figure 26 est une coupe suivant XXYI-XXVI de la figure 25; les figures 27 a et 27 b représentent différents modes

d'installation des poussoirs sur l'oscillateur piézo-

électrique; la figure 28 est un mode de réalisation du moteur piézoélectrique caractérisé en ce qu'il est muni d'un convertisseur position discrète angulaire du rotor signal électrique; la figure 2 est un autre mode réalisation du moteur représenté dans la figure 28; la figure 50 représente un mode de réalisation du

moteur caractérisé en ce qu'il est muni d'un bloc démar-

rage-arrêt du rotor; la figure 51 représente le moteur de l'invention en version réversible; la figure 72 représente le même que dans la figure 51 avec en plus un circuit de connexion du moteur conforme à l'invention le moteur piézo-électrioue conforme c' l'"invention, ierré>enté dans la figure 1, co::i:nlend un stator 1, qui constitue la part e i::aobfle du moteur, comnnosc d'une base 2 et d'un corps 7 Ia base 2 sert à la fix tion du 13 -

moteur, par exemple, sur le chassis d'un appareil Ie mo-

teur en question comprend aussi un rotor 4 qui constitue sa partie mobile Tel qu'il est représenté dans la figure 1, le rotor 4 comporte un oscillateur piézo-électrique 5 présentant un élément piézo-électrique 6 réalisé en forme d'une plaque rectangulaire de matériau piézo-électrique polarisé Sur les surfaces opposées de cette plaque sont

disposées des électrodes 7 connectées à une source d'ali-

mentation 8 pour amorcer, dans l'oscillateur piézo-élec-

IO trique 5, une onde d'oscillations acoustiques élastiques.

Selon l'invention, l'élément piézo-électrique est polarisé

dans le sens normal par rapport aux surfaces des électro-

des (sens de polarisation est montré par flèches dans toutes les figures) Le moteur piézo-électrique comprend

I 5 aussi deux poussoirs 9 dont les unes extrémités sont fi-

xées sur des arates opposées de la plaque de l'élément piézo-électrique 6 pendant que les autres sont sollicitées élastiquement contre une surface 10 de coopération par

friction qui est, en l'occurrence, une portion de la sur-

face cylindrique intérieure du corps 3 du moteur.

L'oscillateur piézo-électrique 5, faisant partie du

moteur conforme au mode de réalisation décrit, est un os-

cillateur produisant des oscillations acoustiques longi-

tudinales suivant la longueur de l'élément piézo-électri-

que 6, dans lequel, le sens de propagation de l'onde du mode résonant des oscillations acoustiques longitudinales

se confonde avec l'axe longitudinal dudit élément piézo-

-électrique 6 (Le sens de propagation du mode résonant des oscillations acoustiques longitudinales est marqué

par les flèches c).

(Par mode résonant des oscillations acoustiques lon-

gitudinales on entend les oscillations acoustiques d'une

telle fréquence à laquelle on assiste à l'amplitude maxi-

male (de déplacement des particules) dans le sens de trans-

mission de l'énergie mécanique d'une particule à une au-

tre ou bien, en d'autres termes, dans le sens de propaga-

tion de l'onde élastique et, par conséquent, l'oscillateur -14 produisant des oscillations acoustiques longitudinales

est celui, dans lequel un mode de résonance des oscilla-

tions acoustiques longitudinales peut etre amorcé le long

d'une de ses dimensions géométriques).

Selon l'invention, l'oscillateur piézo-électrique 5 est disposé en sorte que le sens de Propagation du mode de

résonant des oscillations acoustiques longitudinales, qui.

est amorcé dans ce oscillateur (dans la figure 1, c'est le long de la longueur de l'élément piézo-électrique 6),

suit la normale à la surface de coopération par friction 10.

Dans l'oscillateur piézo-électrique 5 produisant des

oscillations longitudinales le long de la longueur de l'élé-

ment piézo-électrique 6 ne souffre d'aucun gradient de vi-

tesse osciatoire le long de sa largeur en permettant ainsi la fixation des poussoirs 9 suivant toute sa largeur Ceci permet, à son tour, d'augmenter la surface de contact par friction entre le rotor 4 et le stator 1 et, par la m 8 me,

d'augmenter d'une manière proportionnelle le moment de ro-

tation du moteur et de mieux adapter l'oscillateur 5 à la

charge, c'est-à-dire d'élever le rendement de ce moteur.

D'autre part, on a 1 ' occasion de diminuer les dimensions et

le poids du moteur. Normalement, le moment d'inertie du rotor 4 muni de l'oscillateur piézo-

électrique 5, est inférieur au moment d'inertie du stator 1 C'est pourquoi le fait de monter l'oscillateur 5 sur le rotor 4 contribue à améliorer la

nervosité du moteur Le rotor 4 de ce moteur ne peut exe-

cuter que des déplacements angulaires pour éviter, lors de

sa rotation, la rupture des prises 11 des électrodes 7.

Pour qu'il puisse tourner sans ce qu'on assiste à la rupture des prises 11 on à compliquer sa construction en

l'équipant de prises de courant 12 spéciales (fig 2).

En cette version, représentée dans la fig 2 l'élément piézo-électrique 6 se présente en forme d'une plaque carrée

et les poussoirs 9 sont fixés sur ses arêtes latérales.

Dans les deux cas (vair les figures 1 et 2), l'oscil-

lateur piézo-electrique 5 est fixé à l'axe de moteur montés - dans des paliers, dans le cors 3 de ce moteur (l'axe et les paliers ne sont pas représentés dans les figures 1

et 2).

Il est rationnel de monter l'oscillateur piézo-élec-

trique 5 sur la base 2 du stator I (figures 3 et 4) Dans

ce cas le rotor 4 se présente en forme d'une douille adap-

tée pour la rotation sur un aie 13 mis à la presse dans la base 2 du stator 1 L'oscillateur piézo-électrique 5 se présente alors en forme d'une bague à la surface latérale extérieure de laquelle sont fixées des extrémités des poussoirs 9 dont les autres extrémités sont sollicitées élastiquement contre la surface cylindrique intérieure du rotor 4, laquelle surface cylindrique sert de surface IO

de coopération par friction Des électrodes 7 sont dépo-

sees sur les faces de la bague polarisée, en l'occurrence, suivant l'épaisseur L'oscillateur piézo-électrique 5, qui produit des oscillations suivant le rayon de la bague, est

toujours un oscillateur produisant des oscillations longi-

tudinales car les oscillations radiales ne sont qu'une

sorte d'oscillations longitudinales le sens de propaga-

tion de ces oscillations est, dans ce moteur, normal à la

surface 10.

Sur la base 2 du stator 2 on voit réalisé un dispo-

sitif de fixation 14 d'oscillateur qui se présente en for-

me d'une saillie annulaire avec rainures l' intérieur desquelles sont logés les poussoilrs C'est la manière dont

on arrive à prevenir la rotation de l'élément piézo-élec-

trique lors du fonctionnement du moteur D'une part, l'oscillateur piézoélectrique 5 est immobilisé axialement par la base 2 et, de l'autre part, par une rondelle 15,

le rotor 4 et une bague de blocage 16.

Selon l'invention, les éléments piézo-électriques des oscillateurs produisant des oscillations longitudinales peuvent avoir des formes très variées Ces éléments peuvent se présenter, en particulier, en forme d'une plaque carrée (figure 5 a), d'un barreau (Se), d'une plaque rectangulaire ( 5 b), d'un cylindre creux ( 5 i), d'un disque ( 5 f), d'une 16 -

bague ( 5 j), d'une partie de bague ( 5 c) d'une partie de cy-

lindre ( 5 g), d'une bague compsée ( 5 d) réunissant des pdr-

ties de bague ou des prismes, d' un cylindre composé ( 5 k)

réunissant des partie de cylindre ou des prismes Les éle-

ctrodes 7 des éléments piézo-électriques peuvent être dis- posees sur les surfaces opposées de chaque élément, par exemple, sur les faces parallèles (figures 5 a, b, e, k) sur les surfaces cylindriques parallèles ( 5 d, g, i) ou

sur les surfaces plates parallèles (figures 5 c, f, h, j).

Selon l'invention, les éléments piézo-électrique équi-

pant le moteur revandiqué sont polarisés suivant la normale aux surfaces des électrodes Les électrodes étant branchées sur une source d'alimentation, le vecteur d'intensité du

champ électrique auquel sont dues les oscillations acous-

tiques se confondent avec le sens de polarisation de l'élé-

ment piézo-électrique ce qui est indispensable pour amorcer

les oscillations acoustiques longitudinales.

Les élément piézo-électriques en forme de plaques rec-

tangulaires (figures 5 a, b) ou de disques (figure 5 f) per-

mettent de disposer les électrodes sur leurs larges surfa-

ces et, de cette façon, de diminuer la tension d'alimenta-

tion du moteur.

Cette tension peut être réduite de plus lorsqu'on re-

court à un élément piézo-électrique multicouche ( 5 h).

Pour les moteurs piézo-électriques consommant peu de puissance et procurant un fort moment de rotation, il est rationnel de réaliser l'élément piézo-électrique en forme

d'une partie de bague (figure 5 c) ou d'une partie de cylin-

dre (figure 5 g).

Pour obtenir un moteur piézo-électrique pussant, il

est rationnel de composer l'élément piézo-électrique à par-

tir de parties de bague (figure 5 d) ou bien a partir de

prismes (figure 5 k).

En cas o l'élément piézo-électrique présente des sur-

faces cylindriques, ces surfaces peuvent être embrassées

par une enveloppe 17.

17 - Pour élever la résistance mécanique de l'élément piézo-électrique, cette enveloppe 17 peut embrasser la

surface cylindrique extérieure de la bague (figure 5 d).

(En l'occurrence, l'enveloppe, 17 se presente en forme de jante).

Dans le moteur de l'invention, l'oscillateur piézo-

-électrique est composé de l'élément piézo-électrique avec électrodes et prises et de l'enveloppe susmentionnée

embrassant la surface cylindrique dudit élément.

On voit connectées aux électrodes, déposées sur les surfaces des éléments piézo-électriques, des prises de courant 11 qui se présente en forme de conducteurs flexibles. La nouveauté du moteur piézo-électrique proposé réside en ce que l'oscillateur piézo-électrique se présente

en forme d'un oscillateur produisant des oscillations longi-

tudinales et en ce que les poussoirs sont montés sur les arêtes ou surfaces de ces oscillateurs, qui se caractérisent par la vitesse oscillatoire maximale du mode résonant des

oscillations longitudinales.

Des modes de réalisation prévoient la fixation des poussoirs sur les faces de l'élément piézo-électrique 6 (figure 6 a), sur un de ses abouts (figure 6 e) ou sur les deux (figures 6 c, k, m, p, q) D'autre part, ils peuvent

être fixés sur les arêtes parallèles de l'élément piézo-

électrique 6 (figures 6 b, d, o) Lorsque les éléments piézo-électriques 6 sont réalisés en forme de disques ou

bagues, il est rationnel de fixer les poussoirs aux sur-

faces cylindriques: extérieure (figure 6 e, f), intérieure (figure 6 g) ou à l'une et à l'autre simultanément (figure 6 h). Les poussoirs peuvent être montés suivant la normale aux surfaces des éléments piézoélectriques (figures 6 a, c, e, f, g, h, j, k, 1, m, n, p, q) ou bien sous un angle

(figures b, d, i,o).

Lorsque la surface cylindrique de l'élément piézo-

électrique est embrassée par l'enveloppe 17, les pous-

soirs 9 peuvent être montés sur cette enveloppe(figure 6 g).

18 -

(En l'occurrence, l'enveloppe 17 représentée dans la fi-

gure 6 g est une douille).

l'enveloppe est normalement réalisée à partir d'un mé-

tal, par exemple, à partir de l'acier Pour agumenter la vi-

tesse oscillatoire de l'extrémité du poussoir, la différen- ce entre les diamètres intérieur et extérieur de l'enveloppe est selon l'invention multiple de la moitié de la longueur des oscillations longitudinales amorcées dans l'oscillateur

piézo-électrique Toujours pour élever la vitesse oscilla-

IO toire, il est rationnel que l'enveloppe 17 se présente en

forme d'un concentrateur de contraintes mécaniques 18 (fi-

gure 6 j) I;e concentrateur 18 est une jante ayant une sec-

tion retrécissant avec l'augmentation du rayon de cette jan-

te, par exemple, une section trapézoïdale 'augmentation

I 5 -de la vitesse oscillatoire conduit, à son tour à l'augmenta-

tion de la vitesse de rotation du moteur de l'invention.

On prévoit de différents modes de fixation des extré-

mités despm Ossoirs à l'oscillateur piézo-électrique.

l'oscillateur piézo-électrique 5 peut présenter des rai-

nures 19 (figure 7 a, c) servant & loger les extrémités des poussoirs 9 les rainures la 9 p" $ être pratiquées aussi bien dans l'élément piézoélectrique lui-même (figure 7 a) que dans l'enveloppe 17 (figure 7 c), On propose des modes de réalisation, dans lesquels, les poussoirs sont fixés à l'élément piézo-électrique à l'aide de compound, par exemple, à base de résine époxy (figures 7 b,) Ceci simplifie considérablement la fabrication des

éléments piézo-électriques et contribue à leur solidité.

On prévoit la réalisation des poussoirs en forme de

tige comme représenté dans la figure 7 f.

Dans la présente invention, on propose aussi de diffé-

rents modes de fixation de l'enveloppe 17 à l'élément piézo-

-électrique 6 L'enveloppe 17 peut être mise à la presse sur cet élément (figure 7 c) ou fixée à la colle à celui-ci

(figure 7 d), les poussoirs peuvent être fixés à cette en-

veloppe à la colle (figure 7 c) ou bien par soudage (figure 7 d) Une enveloppe composée de poussoirs eux-mêmes (figure 7 e) 19 - constitue une des solutions techniques envisagées en pratique. lorsqu'on envisage l'emploi d'un oscillateur composé de prismes, les poussoirs sont montés et fixés à la colle hors de l'assemblage de l'oscillateur (figure 7 g).

Pour augmenter la tenue en service du moteur, on pré-

voit sur les extrémités des poussoirs une couche 20 en ma-

tériau résistant à l'usure (figure 7 a), par exemple, en ma-

tériau à base de carbure de tungstène, de titane, etc En

I O vue de diminuer les bruits provenant du moteur, on fabri-

que une couche 20 à partir de compounds organiques ou de

masses plastiques (figure 7 b).

Iles modes de fixation des poussoirs à l'enveloppe

sont normalement choisis en fonction des cas technologiques.

I 5 Au point de vue avantages, il sont à peu près équivalents

les uns aux autres.

Normalement, les poussoirs sont fabriqués à partir de l'acier en tôle d'une épaisseur constante Mais ils peuvent aussi être fabriqués à partir d'une masse plastique, par

exemple, à partir de carton bakélisé.

l'épaisseur des poussoirs faits en acier ne dépasse

pas 1/40 et celle des poussoirs en masse plastique ne dé-

passe 1/20 de la longueur d'onde des oscillations acousti-

ques amnorcées dans l'oscillateur piézo-électrique les for-

mes principales, sous lesquelles les poussoirs peuvent ap-

pazaître, sont données dans la figure 8.

Dans le moteur piézo-électrique, objet de l'invention, les poussoirs peuvent se nrésenter en forme d'une plaque de configuration rectangulaire (figure 8 a) ou trapézoïdale

(figure 8 f) Ies poussoirs en question peuvent en outre pré-

senter des nervures de renforcement (figure 8 b).

lorsque les poussoirs se présentent en forme d'une placue de configuration trapézoïdale on arrive à diminuer

les inégalités de leur courbure et de simplifier la fixa-

tion de l'oscillateur dans le stator Pour la fixation de l'oscillateur dans le stator, les poussoirs présentent des saillies (figure 8 c) Pour améliorer l'acrochage au compound, -

une des extrémités du poussoir est sectionnée, les bouts ré-

sultants étant par la suite légerment écartés (figure 8 d) A ce même effet, les extrémités des poussoirs peuvent être percées par de trous (figure Be) Iorsqu'il s'agit des poussoirs qui doivent coopérer simultanément avec deux ro-

tors, au milieu de ceux-ci sont pratiquées des fentes (fi-

gure 8 g).

Selon l'invention, les poussoirspeuvent etre réalisés

en forme de plaques d'épaisseur variable Alors, l'épais-

IO seur de cette plaque diminue en direction de l'extrémité libre du poussoir Ce mode de réalisation permet lui aussi

d'affaiblir les inégalités de courbure dudit poussoir.

On envisage aussi un mode de réalisation o les pous-

soirs sont réalisés multicouches (figure 9 a), c'est-à-dire qu'une rainure loge plusieurs poussoirs D'autre part, la plaque métallique format poussoir peut être intercalée entre descouches 21 d'isolant phonique obtenues à partir d'une substance organique (figure 9 b) qui se caractérisent par un fort affaiblissement sonore et, de ce fait, permettent de réduire les bruits provenant du moteur Si le poussoir est composé de plusieurs couches métalliques (figure 9 c), ce qui permet d'augmenter le moment de rotation du moteur, il est aussi rationnel de les isoler phoniquement à l'aide de

couches 21 (figure 9 c).

Ies couches 21 peuvent être reliées mécaniquement entre elles ou ne pas l'être Dans ce dernier cas, on assiste à un affaiblissement multiple de la pression exercée par le

poussoir sur la surface de coopération par friction présen-

tée par le rotor ou stator.

Iorsque les poussoirs sont montés sur les surfaces ex-

térieures de l'oscillateur piézo-électrique, la longueur de ces poussoirs devient le facteur déterminant le volume du

moteur piézo-électrique En ce cas, la longueur des pous-

soirs est normalement choisie de l'ordre de 1/8, ou moins, de la longueur d'onde des oscillations acoustiques amorcées dans l'oscillateur Cependant, si l'on n'est pas limité aux dimensions du moteur il est rationnel que la longueur des -21- poussoirs soit multiple de 1/2 de la longueur de l'onde susmentionnée En ce cas on arrive à remplir la condition

du moment de rotation maximal ou de la vitesses de rota-

tion du rotor.

Lorsque l'oscillateur piézo-électrique est monté sur

le stator ou sur le rotor, il est rationnel de l'immobili-

ser au maximum dans le sens radial et de rendre minimaux

ses déplacement angulaires par rapport à l'axe de rota-

tion. Io La fixation rigide des oscillateurs présentant les

éléments piézo-électriques en disque ou en bague est ob-

tenue à l'aide de dispositifs de fixation coniques 22 fait en isolant phonique, par exemple, en caoutchouc, en plastique fluoré ou en d'autres (figure 1 Ia) Il est alors

rationnel qu'un anneau soit réalisé à partir d'un maté-

riau élastique (caoutchouc) et l'autre le soit à partir d'un isolant phonique relativement dure, par exemple,

à partir de plastique fluoré.

La fixation de l'oscillateur dite libre, lorsque

celui-ci peut se déplacer faiblement dans le corps, sim-

plifie la construction du moteur Ainsi, lorsqu'il est

d'un oscillateur en disque (figure 1 ob) ou en bague (fi-

gure 1 Oc) monté librement dans le stator ou rotor, un li-

miteur 23 (figures 10 b, c) est réalisé alors dans le stator ou rotor en vue de prévenir les déplacements de l'oscillateur dans le sens radial Dans la figure 10 b ce limiteur 23 se présente en forme d'un creux logeant le disque de l'oscillateur et dans la figure 10 c

c'est une saillie embrassée par la bague de l'oscillateur.

On peut parer aux déplacement angulaires de l'oscil-

lateur à l'aide d'un dispositif de fixation 14 annulaire

représenté dans la figure 11 a et, aussi, dans les fi-

gures 3, 4,

A la place du dispositif de fixation 14 on peut em-

ployer des tiges 24 (figure 11 b) disposées suivant la cir-

conférence au voisinage de l'endroit o les poussoirs

sont fixés à l'oscillateur.

*-22 2525410

Certains modes de reéalisation prévoient la limitation des déplacement angulaires de l'oscillateur à l'aide des saillies prévues sur les poussoirs (figure 8 c) qui viennent

en butée des saillies ou des creux présentés par le sta-

tor ou le rotor (figure 12).

On opère de manière analogue pour monter les oscil-

lateurs avec poussoirs en form 9 de plaques de configuration

trapézoidale (figures 8 f, 13).

Dans le moteur piézo-électrique conforme A l'invention, l'oscillateur piézo-électrique 5 peqt être monté aussi bien sur le rotor que sur le stator De toute façon, il doit être monté en sorte que le sens de propagation du mode résonant des oscillations acoustiques longitudinales soit perpendiculairement A la surface de coopération par friction. Lorsque l'oscilateur est monté sur le rotor, par la suite de la présence d'un collecteur de courant le moteur présente alors une construction compliquée et est moins fiable C'est la raison pour laquelle on préfère en pratique les moteurs

piézo-électriques dont l'oscillateur est monté sur le stator.

Dans les moteurs piézo-électriques de ce dernier type, la forme la plus simple du rotor est celle d'un cylindre (figure 14 a) ou d'un cone tronqué (figure 14 b) que l'on voit montés sur l'arbre 25 du moteur Cette conception du rotor est intéressante pour le cas o les poussoirs 9 sont

fixés sur la surface cylindrique intérieure de l'oscilla-

teur (figures 6 g, h) En cas d'oscillateurs piézo-électri-

ques en forme d'un corps de révolution dont les pussoirs sont disposés sur la surface extérieure (figures Ge, f, h, i, o) ainsi qu'en cas d'éléments piézo-électriques en fo&me de plaques de configuration variée (figures 6 b, cd), il est rationnel que le rotor soit réalisé en forme d'une douille (figure 14 c, d) à la surface intérieure cylindrique (figure 14 c) o conique ( 14 d) de laquelle sont sollicités

les poussoirs.

Pour les oscillateurs dont les poussoirs sont fixés sur les abouts des éléments piézo-électriques, d'un seul c 8 té, (figure 6 e), le rotor est réalisé en forme d'un 2 S 254 i 23 - disaue monté sur l'arbre du moteur (figure 14 e) Pour les oscillateurs dont les poussoirs se présente sur leurs deux

abouts (figures 6 k, p), le rotor est réalisé avec deux dis-

ques montés sur l'arbre du moteur (figure 14 f) Pour régler la sollicitation des poussoirs contre le rotor, au moins un des disques susmentionnés est adapté selon l'invention pour le déplacement axial et est sollicité élastiquement contre

1 ' oscillateur.

Pour le matériau du rotor, la condition principale à

IO remplir réside en son haute résistance à l'usure Cepen-

dant, cette condition n'est relative qu'à la partie du ro-

tor comportant la surface de coopération par friction Alors, il est rationnel au point de vue technologie de réaliser cette partie du rotor en forme d'une bague 26 résistante à I 5 l'usure (figure 15), mise à la presse dans le corps de ce rotor Cette bague 26 peut être réalisée à partir de fonte, d'acier, de minéralocéramique, de carbure de métaux ou bien à partir de masses plastiques dures, par exemple, de carton bakélisé le reste du rotor peut être réalisé à

partir d'une masse plastique, par exemple, à partir du dif-

lon.

la sollicitation des poussoirs contre les surfaces cy-

lindriques de coopération par friction est due normalement

aux propriétés élastiques des poussoirs 9 eux-mêmes (fi-

gure 16 a) (Dans la figure 16 a, on montre au pointillé la position des poussoirs qu'ils occupent avant d'être montés

dans la bague).

Lorsque les poussoirs 9 sont réalisés à partir d'un matériau fragile et ne peuvent être courbés, la surfuce de coopération par friction est conique (figure 16 b) ou plate (figure 16 c, d) Alors, la sollicitation des poussoirs contre la surface 10 de coopération par friction est due

au poids du rotor (figure 16 b) ou bien à un champ magné-

tique (figure 16 c) A cet effet, on peut aussi recourir à

un ressort 27 (figure 16 d).

Pour la mise en charge du moteur conforme à l'inven-

tion, on opère de la manière connue en utilisant à cet 24 - effet,par exemple, l'arbre 25 (figures 14 a, b, c, f, e,

, 16 c, d) On peut aussi y arriver en utilisant la sur-

face cylindrique du rotor à laquelle la charge est couplée

à l'aide d'une courroie ou d'une roue de friction (non rep-

résentée dans les dessins) En outre, une Dartie de cette

surface peut se présenter en forme d'un pignon (non repré-

senté dans les dessins).

T'extrémitée libre de chacun des poussoirs montés dans l'oscillateur équipant le moteur piézo-électrique

I O touche à la surface de coopération par friction et est in-

clinée sous un angle s< par rapport à cette surface

(figure 16 a).

En cas de poussoirs rigides, l'angle c est un angle fait par le plan du poussoir et le plan tengentiel à la I 5 surface de coopération par friction, passant par la ligne

de contact entre le poussoir et la surface susmentionnée.

En cas de poussoirs élastiques, l'angle c est celui qui est fait par le plan tengentiel à la surface courbée du poussoir, passant par la ligne de contact entre ce poussoir et la surface de coopération par friction, et par le plan tengentiel à cette dernière, passant par la même ligne de contact.

La vitesse de rotation ) du rotor d'un moteur piézo-

-électrique et son moment de rotation M sont fonction de cet angle o: c=K 1 E U/Cosc /1/ M -K 2-U Coso C /2/ o K et K 2 sont les coefficients dépendant de la conception

du moteur et U est la tension d'alimentation.

A mesure de l'usure des poussoirs, l'angle cp augmente, c'est pourquoi on trouve rationnel de choisir l'angle oc

dans les limites de 40 à 50 D'autre part, il est ration-

nel que l'angle c> soit égal pour tous les poussoirs Cette conception du moteur permet de prévenir le patinage des

poussoirs lors du fonctionnement.

- Selon l'invention, de différent modes de réalisation

du moteur piézo-électrique sont possibles (voir les figu-

res 17, 18 et 19).

En particulier, la figure 17 représente un mode de réalisation du moteur conforme a l'invention caractérisé

en ce qu'il comprend un oscillateur piézo-électrique 5 com-

posé de parties de bague entre lesquelles sont disposés des poussoirs 9 Cet oscillateur 5 est embrassé par une jante serrée à l'aide d'un boulon 28 Pour diminuer les pertes acoustiques, un joint en isolant phonique est intercalé

entre la jante et l'oscillateur 5 Ce joint peut être réa-

lisé, par exemple, à partir de caoutchouc et avoir la forme d'une bague Un oscillateur composé à l'avantage d'être plus volumineux sans ce qu'on soit gené par des pertes de

matériau excessive lors de sa fabrication.

La figure 18 des dessins annexés représente un autre mode de réalisation, caractérisé en ce que l'oscillateur piézo-électriques 5 se présente en forme d'un cylindre creux (figure 6 k) sur les deux abouts duquel sont fixées

des extrémités des poussoirs 9 (figure 18) Le sens de pro-

pagation du mode résonant des oscillations longitudinales est, dans cet oscillateur, parallèle à la génératrice du cylindre Le rotor 4 de ce moteur comprend un arbre 25

et deux disques montés coaxialement sur cet arbre 25.

Contre les surfaces opposées à l'oscillateur 5 de ces dis-

ques, surfaces de coopération par friction 10 notamment, sont sollicitées les extrémités libres des poussoirs 9 On

conçoit bien que ce mode de réalisation prévoit deux sur-

faces de coopération par friction dont chacune est perpen-

diculaire au sens du mode résonant des oscillations longitudi-

nales Un des disques est monté sur l'arbre 25 de façon à pouvoir se déplacer le long de son axe et est sollicité elastiquement contre l'oscillateur piézo-électrique 5 l'aide d'un ressort 27 L'oscillateur piézo-électrique 5 est monté dans le corps 3 du moteur o il est fixé à l'aide d'un joint en isolant phonique 29 qui se présente

en forme d'une bague.

26 -

Un mode de réalisation intéressant de par sa concep-

tion est représenté dans la figure 19 I'oscillateur piézo-

-électrique 5 de ce moteur se présente en forme d'une

plaque (figure 6 a) aux faces latérales de laquelle sont fi-

xées des extrémités des poussoirs 9 Notons

aussi que l'oscillateur piézo-électrique 6 peut se présen-

ter également en forme d'une partie de cylindre comme illu-

stré dans la figure 6 k Le rotor 4 comprend deux disques, reliés rigidement l'un à l'autre, dont les faces opposées

I O présentent deux surfaces de coopération par friction.

L'oscillateur piézo-électrique 5 est monté, à l'aide d'un élément de fixation 30, dans l'espace libre entre lesdits disques en sorte que les extrémités libres des

poussoirs 9 se trouvent sollicitées élastiquement aux sur-

I 5 faces de ces disques, qui sont en regard l'une de l'autre.

En ce cas, l'élément 30 est monté sur le stator 1 du moteur.

La figure 2 D,21 rprsente un mmoteur pi ézo-électrique dont l'oscillateur 5 est muni d'un élément piézo-électrique 6 en forme d'une plaque rectangulaire, et les figures 22 et 23 représentent un moteur dont l'oscillateur 5 se présente en forme d'un barreau de section carrée La particularité de cette conception réside en ce que le moteur piézo-6 électrique comporte un rotor supplémentaire 31 qui présente une surface de coopération par friction 32

supplémentaire Le rotor 31 est monté sur un arbre supplé-

mentaire 33 Contre la surface 32 sont sollicités certains

des poussoirs 9 montés sur l'oscillateur 5 Ie mode réso-

nant des oscillations longitudinales se propage ici suivant la longueur de l'oscillateur, le sens de sa propagation étant perpendiculaire aux deux surfaces de coopération

par friction 10 et 32.

Ia figure 24 représente un autre mode de réalisation

du moteur conforme à l'invention dont l'oscillateur piézo-

-électrique 5 comprend un élément piézo-électrique 6 qui se présente en forme d'une bague aux surfaces cylindriques,

intérieure et extérieure, de laquelle sont fixés les pous-

soirs 9 I'oscillateur 5 est monté de manière à pouvoir 27 -

tourner nar rapport au stator 1 et est relié à un arb-

re 25 Ie stator I présente une surfacee de coopération

par friction 10 contre lacuelle sont sollicités les pous-

soirs 9 disposés sur la surface cylindrique extérieure de l'élément piézoélectrique 6 Monté sur l'arbre 25, l'os-

cillateur 5 sert pratiquement de rotor Selon l'inven-

tion, le moteur est muni d'un autre rotor 31 présentant, lui aussi, une surface de coopération par friction 3 contre laquelle sont sollicité les poussoirs 9 disposés sur la

IO surface cylindrique intérieure de l'élément piézo-électri-

que 6 le rotor 31 se présente en forme d'un cylindre

plein monté sur un arbre supplé:mentaire 53.

Il est rationnel que le moteur soit réalisé de ma-

nière illustrée dans les figures 25 et 26 Comme représen-

I 5 té dans ces figures, l'oscillateur piézo-électrique 5 est

monté sur le stator I manière à oouv Gir tourner les pous-

soirs 9 sont fixés à la surface cylindrique extérieure de

l'élément piézo-électrique 6 et forment deux rangées sui-

vant une circonférence I'oscillateur piézo-électrique 5 sert pratiquement de rotor 4 Ies poussoirs d'une rangée

viennent en butée de la surface 10 de coopération par fric-

tion présentée par le stator I tandis que les poussoirs formant l'autre rangée viennent en butée d'une surface de coopération par friction 32supplémentaire Celle-ci est disposée sur un rotor 31 qui se présente, en l'occurrence,

en forme d'une douille reliée à l'arbre 33 du moteur.

Selon l'invention, les angles o V d'inclinaison sous lesquels les extrémités libres des poussoirs 9 viennent

en contact des surfaces de coopération par friction respec-

tives peuvent avoir un même signe (figure 27) ou bien des signes différents (contraires) (L'angle ocest positif s'il accroît en sens horaire et négatif s'il accroit en sens contraire) Si ces angles d'inclinaison ont le même signe (figure 27 a) la vitesse de rotation devient proche du zéro

et si leurs signes sont contraires figure 27 b cette vites-

se augjient de deux fois.

28 - Conforme aux modes de réalisation proposés, le moteur

piézo-électrique peut fonctionner selon l'invention au ré-

gime continu aussi bien qu'au régime de pas à pas En ce dernier cas, le moteur est muni d'un convertisseur 34 de positions angulaires discrètes du rotor en signal électri-

que (figures 28, 29, 30), lequel convertisseur est connec-

té au circuit d'alimentation de l'oscillateur.

La figure 28 représente un des modes de réalisation

de ce convertisseur 34 Le convertisseur en question comp-

I O rend plusieurs paires de contact 35, 36 coopérant cinéma-

tiquement avec une ou plusieurs saillies 37 ou bien avec un

ou plusieurs creux 38 présentés par le rotor 4 Ile conver-

tisseur 34 comprend aussi des contacts 39, 40 de démarrage

du moteur On propose, dans la présente description, un

I 5 autre mode de réalisation du convertisseur 34, représenté dans la figure 29 Pour diminuer le nombre de contacts, la saillie 37 est étendue Cette saillie coopère alors avec un groupe de contacts 41 composé de trois contacts Ie groupe 41 de contacts est relié à une source 42 de tension continue alimentant la source 8 en tension alternative

servant à amorcer dans l'oscillateur de moteur des oscil-

lations acoustiques.

Ila figure 30 représente un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel mode le convertisseur 34 est connecté à un bloc 43 de démarrage et d'arrêt du rotor 4,

En cas le plus simple, le bloc 43 est un commutateur ser-

vant au branchement de la source 8 reliée la source 42

à l'oscillateureu moteur ou à la source 42.

Ile convertisseur 34 peut aussi être réalisé en forme d'un contact à enveloppe de verre et d'une source 45 de

tension continue (figure 30).

Comme il ressort de la figure 30, pour augmenter la fiabilité, le convertisseur 34 peut se présenter en forme

sans contacts, par exemple, il peut être du type à indue-

tance utilisant une bobine d'inductance 46 ou magnéto-

diode 47 On envisage aussi l'emploi d'un couple optro-

nique (non représenté dans la figure).

29 -

En conformité avec le mode de réalisation repré-

senté dans la figures 31 et 32, le moteur piézo-

électrique est muni en outre d'un rotor réversible 48 monté coaxialement au rotor 4 et adapté pour la rota- tion par rapport à celui-ci Le moteur comporte aussi

deux oscillateurs supplémentaire 49 et 50 qui se pré-

sente en forme de plaques rectangulaires munies d'élé-

ments de sollicitation 51 et 52, ceux-ci pouvant être, par exemple, des ressorts à lames Les éléments 51 et 52 sont reliés cinématiquement au rotor 4 à l'aide d'une tige 53 en vue de permettre aux oscillateurs 49 et 50 de coopérer par friction, à tour de rôle, avec

le rotor 4 Le rotor 4 est muni d'une saillie 37 coo-

pérant cinématiquement avec un groupe de contacts 41.

Les oscillateurs 49 et 50 sont branchés à tour de rôle à une source de tension 54 supplémentaire à l'aide

d'interrupteur 55 dont qui est adapté pour la coopéra-

tion cinématique à ladite saillie 37 Le circuit de connexion de l'oscillateur 5 à la source 8 et la sonree 8 à la source 42 est analogue au circuit illustré dans la

figure 29.

Le moteur piézo-électrique proposé fonctionne de

la manière suivante.

Une tension électrique alternative provenant de la source 8 (figure 1) à une fréquence égale ou proche

de la fréquence de résonance de l'oscillateur 5, pro-

duisant des oscillations longitudinales, attaque les électrodes 7 de l'élément pié& zo-électrique 6 polarisé suivant la normale à la surface des électrodes Grâce à l'effet piézo-électrique inverse, on assiste dans

l'éléfent piézo-électrique 6 à la déformation des par-

ticules-domaines. Il s'ensuit, que dans l'élément piézo-électrique l'apparat une onde de déplacements longitudinale car le front de cette onde se _zo_

propage dans le sens de déplacement des particules l'on-

de de déplacements arrive aux limites de l'oscillateur piézo-éJectrique et est, en partie, renvoyée de celles-ci, son autre partie pénétrant dans les poussoirs 9 Pénétrée dans les poussoirs 9, la partie de l'onde arrive à leurs extrémités libres o elle est en partie renvoyée Mais son autre partie se transforme, grâce à l'interaction avec la

surface 10, en ondes d'oscillations transversales, en l'oc-

currence, en oscillations de flexion de l'extrémité libre

IJ du poussoir 9, sollicitée contre le rotor les ondes d'os-

cillations longitudinales renvoyées, par les limites de l'oscillateur, quittent le poussoir 9 pour revenir dans

l'élément piézo-électrique 6 o, ajoutées aux ondes amor-

cées dans cet élément, elles forment des ondes station-

I 5 naires dont l'amplitude est maximale, en cas de fréquence résonante le long de l'oscillateur 5, en sens

de propagation du mode résonant des oscillations.

Pour les ondes d'oscillations transversales (de fle-

xion), celles-ci se propagent jusqu'à l'endroit de fixation des poussoirs à l'élément piézo-électrique et, renvoyées presque complètement, se propage dans le sens opposé Les ondes en question s'ajoutent alors aux ondes de flexion

amorcées et forment dans les poussoirs des ondes d'oscil-

lations de flexion stationnaires,Ies ondes stationnaires des oscillations longitudinales et de celles de flexion provoquent un déplacement de l'extrémité libre du poussoir, ou pour plus de précision, des points du poussoir qui,

le moteur étant hors circuit, touchent à la surface de co-

opération par friction Pendant une période d'oscillations

ces points font un va-et-vient sur la surface 10 de coopé-

ration par friction L'effort sollicitant les extrémités

des poussoirs contre la surface 10 est fonction du dépha-

sage des oscillations longtudinales par rapport aux oscil-

lations transversales Si ce déphasage est égal à zéro, l'effort moyen sollicitant le poussoir contre le stator sera le m&me lors de l'allé et du retour de ce poussoir et, par conséquent, l'effort t&ypatiel moy -, quise fait sentir x 1 -

entre le stator et le rotor, sera lui-aussi égal à zéro.

lorsque le déphasage est autre que zéro, l'effort moyen lors du mouvement dans un sens ne sera pas égal à l'effort moyen qui se fait sentir lors du mouvement dans le sens inverse Il en résulte ce que pendant la période d'oscilla-

tions produites par l'oscillateur 5 se produit une impul-

sion unidirectionnelle de l'effort tengentiel qui, appli-

quée au rotor et ajoutée aux autres impulsions résultant des périodes précédentes, anime le rotor d'un mouvement

IO unidirectionnel.

Le déphasage égal à zéro détermine l'état instable du

système Il suffit de modifier légèrement la fréquence d'ex-

citation de l'oscillateur pour qu'on assiste à un déphasage différent de zéro Même lorsque la fréquence d'alimentation

I 5 reprend sa valeur précédente, le déphasage obtenu ne dis-

parait plus car, lors de la rotation du rotor, l'oscilla-

teur devient possesseur d'une certaine réactance venant à celui-ci du coté de la partie du moteur qui comprend la

surface 10, laquelle réactance modifie toujours le dépha-

sage des oscillations longitudinales par rapport aux os-

cillations transversales.

En conformité avec les explications données, le sens

de rotation du rotor doit être fonction du signe de dépha-

sage lorsque la phase varie de O à 21 f Cela est juste en cas des hautes tensions d'alimentation lorsque l'effort de pression normale, dû à la sollicitation des poussoirs contre la surface 10, est inférieur à l'effort dû à l'effet des composantes normales des oscillations longitudinales

et de flexion En pratique, il n'est pas rationnel de rem-

plir cette condition car on a alors à diminuer l'effort de sollicitation, ce qui aboutit à la réduction du moment de rotation, ou à surcharger l'élément piézo-électrique,

d'o un risque de sa destruction.

En pratique, l'effort de sollicitation des poussoirs

est choisi de manière expérimentale en partant de la con-

dition relative à l'obtentionr du rendement et du moment de rotation maximaux Pour les cas considérés, l'effort 32 - sollicitant les poussoirs au stator, dû aux propriétés

élastiques desdits poussoirs, doit être supérieur à la com-

posante normale de pression de l'extrémité du poussoir sur la surface 10, laquelle composante est due au passage des ondes d'oscillations élastiques En ce cas, le rotor ne tourne que dans un seul sens montré dans lesfiguresl, 2, le fait de monter l'oscillateur 5 (figure 3) sur la base 2 n'apporte aucun aspect nouveau dans le fonctionnement

du moteur En ce cas, on n'a pas besoin des prises de cou-

I O rant du fait que l'oscillateur 5 devient immobile par rap-

port au stator 1 et, par conséquent, par rapport à la sour-

ce d'alimentation 8.

Conformes aux modes de réalisation proposés, les mo-

teurs sont réalisés en sorte que dans l'oscillateur piézo-

I 5 électrique sont amorcées par voie électrique (c'est-à-dire sous l'effet de la tension électrique) des oscillations

longitudinales Ces oscillations sont en partie transfor-

mées mécaniquement (c'est-à-dire sur un contact de fric-

tion mécanique) en oscillation transversales qui, assis-

tées desdites oscillations longitudinales, permettent la

rotation du rotor.

Cependant, pour amorcer des oscillations longitudi-

nales dans l'oscillateur, ces oscillations doivent être a-

morcées dans l'élément piézo-électrique la forme elle-même de l'élément piézo-électrique ne constitue encore pasle

facteur déterminant le type des oscillations amorcées.

C'est la raison pour laquelle on peut modifier la forme de

l'élément piézo-électrique en fonction des normes aux-

cuelles doit répondre le moteur piézo-électrique Par exem-

ple, en cas d'un moteur piézo-électrique plat, la forme de l'élément piézo-électrique préférée est celle d'un disque

mince (figure 5 f, d'une bague (figure 5 d, j) ou d'une pla-

que carrée (figure 5 a) Pour les moteurs du type de broche, la forme préférée est celle d'un barreau (figure 5 e) ou d'un

cylindre étiré (figure 5, i) Pour des moteurs peu puis-

sants mais procurant un moment de rotation relativement im-

portant, il est rationnel que l'élément piézo-électrique - se présente en forme d'une plaque (figure 5 a, b) d'une partie de bague (figure 5 c) ou de la partie d'un cylindre creux (figure 5 g) Pour des moteur relativement puissants, il est rationnel de composer l'élément piézo- électrique à partir de pièces séparées (prismes, bagues, disque, etc) (figure 5 d, k) Pour rendre plus fiable les assemblages

pareils, on les embrasse d'Une, enveloppe 17 (figure 5 d).

quelle que soit la forme de l'élément piézo-électrique,les électrodes 7 sont déposées sur les deux surface opposees

de l'élément, celui-ci étant polarisé ensuite par appli-

cation à ces électrodes d'une tension électrique continue une intensité de champ dépassant l'intensite de champ coercitive du matériau piézoceramique utilisé Le sens de polarisation est normal aux surfaces des électrodes 7 ce que constitue la condition indispensable pour amorcer

* des oscillations élastiques longitudinales dans l'élé-

ment piézo-6 électrique et, par conséquent, dans l'oscil-

lateur. Q(uelle que soit la forme de l'élément piézo-électriquel

on peut amorcer, dans celui-ci, des modes r 6 sonants d'os-

cillations longitudinales en plusieurs sens: pour une pla-

que, suivant la longueur, la largeur et l'épaisseur; pour un disque, suivant le rayon et l'épaisseur, pour une bague, suivant le rayon, suivant la largeur de bague et suivant l'épaisseur de bague; etc. Pour que les oscillations longitudinales puissent pénétrer dans les poussoirs, ceux-ci doivent àtre fixes

sur les surfaces des oscillateurs le long du sens de pro-

pagation du mode résonant des oscillations longitudinales.

Comme il ressort de la figure 6 a, l'élément pièzo-électri-

que 6 doit amorcer des oscillations longitudinales suivant

la largeur de la plaque du fait que les poussoirs sont fi-

xés, en l'occurrence, sur ses faces latérales Lorsqu'on amorce des oscillations longitudinales suivant la longueur de cette plaque, comme montré par une flèche au pointille, ces oscillations n'arriveront pas à se propager dans le poussoirs 9 Pour un barreau représenté dans la figure 6 c, on a à amorcer des oscillations longitudinales suivant la 34 -

longueur lorsque les oscillation en question sont amor-

cées suivant la largeur, elles ne pourront pas pénétrer dans l'oscillateur 9 Lorsque l'élément piézo-électrique présente ses poussoirs sur les arêtes (figure 6 b), les oscillations longitudinales pénètrent dans le poussoir soit ce en longueur ou en largeuir qu'elle sont amorcées

dans l'élément piézo-électrique.

Dans une plaque carrée (figure 6 et dans un prisme (figure 6 o), les oscillations longitudinales peuvent être

I O amorcées suivant la diagonale ou suivant un côté de ce car-

ré ou du prisme Alors, les fréquences résonantes, suivant ces deux sens, sont pratiquement équivalentes du fait d'une forte liaison mécanique entre les résonances dans les sens considérés. I 5 Lorsqu'il s'agit des disques (figures 6 i, e) ou des bagues (figure 6 g, h, f), les oscillations longitudinales sont amorcées dans le sens radial Dans une bague (figures

6 g, bh f) on peut aussi amorcer les oscillations longitu-

dinales suivant la largeur de cette bague.

Dans des cylindres à parois minces (figures 6 k, p) ou bien en cas d'une partie de cylindre (figure 6 n) il est

très difficile de fixer les poussoirs aux surfaces cylin-

driques De ce fait, on considère rationnel de les fixés

sur un about (figure 6 G) ou sur les deux (figures 6 p, k).

En cas d'éléments piézo-électriques en forme de cy-

lindre à parois minces (figure 6 e, p, k), les oscillations longitudinales sont amorcées le long de la génératrice de

la surface cylindrique.

Ces oscillateurs sont analogues aux oscillateurs en forme de barreau (figure 6 m) ou de plaque (figure 6 q) munis de poussoirs étroits sur leurs abouts Il est à noter que les oscillateurs cylindrique creux sont tout de même préférables du fait de pouvoir loger, à son intérieur,

l'arbre 25 du rotor 4 (figure 18).

Le choix du sens de propagation du mode résonant des

oscillations longitudinales détermine la fréquence de fonc-

tionnement qui peut être calculée suivant la formule: f = N/ S ( 3) - o S est la distance séparant les surfaces de l'élément

piézo-électrique perpendiculaires au sens de propaga-

tion du mode résonant des oscillations longitudinales (pour les oscillations radiales, c'est le diamètre du disque ou de la bague) si l'oscillateur est muni d'une

enveloppe, S est le diamètre de l'enveloppe.

N est la constante de fréquence du matériau piézo-céra-

mique choisi

Le fait de munir l'élément piézo-électrique d'une enve-

IO loppe 17 (figure 5 d, et figures 6 g, p, i) n'a aucun effet de principe sur le caractère mécanique du fonctionnement du moteur Ies oscillations élastiques pénètrent facilement

dans l'enveloppe et, ensuite, dans les poussoirs (figure 6 i).

On peut élever d'une manière le moment de rotation du I 5 moteur, en recourant à une enveloppe en forme de jante ou douille dont la largeur est multiple de j /2, c'est-à-dire

multiple de la moitié de la longueur d'onde des oscilla-

tions longitudinales Si l'enveloppe est en outre réalisé en sorte que son épaisseur diminue avec l'augmentation du

diamètre (figure 6 j) on arrive à élever la vitesse de ro-

tation du moteur et à accorder mieux la charge du rotor avec l'oscillateur ce qui contribue à améliorer le rendement

du moteur.

Ta forme des poussoirs 9 et le mode de leur fixation à l'oscillateur piézo-électrique, de même que leur nombre, n'ont eux-aussi aucun effet de principe sur le fonctionnement du moteur Par exemple, aucun changement sensible n'a été signalé dans le fonctionnement du moteur, les poussoirs

étant fixés par collage par brasage ou par soudage En aug-

mentant le nombre de poussoirs 9 on arrive à élever le mo-

ment de rotation, mais alors, on a à augmenter la tension d'alimentation Le fait d'appliquer une couche 20 résistante à l'usure (figure 7 a, b) permet de réduire l'usure des poussoirs Si cette couche est réalisée à partir d'une masse

plastique, on arrive en outre à rendre le moteur moins bru-

yant. 36 - la 'orme des poussoirs (iÄg 8) n'a elle-aussi aucun effet sensible sur les paramètres du moteur ce qui permet aux

constructeurs une certaine liberté pour résoudre de dif-

férents problèmes, le plus souvent, de caractère techno-

logique.

Par exemple, s'il est difficile de réaliser le dis-

positif de fixation 11 (figure lia) en forme d'une saillie annulaire avec rainures, on fabrique des poussoirs munis

de saillies (figure 8 c) ou bien de configuration trapé-

IO zo 1 dale (figure 8 f) Dans la base 2 (figures 12 et 13) du stator 1, on pratique alors des rainures dans lesquelles on introduit les saillies susmentionnées des poussoirs

ou bien les cornes des poussoirs lorsqu'ils sont de confi-

guration trapézoïdale.

I 5 En pratiquant des fente ou des trous dans les poussoirs (figures Ed, e) on arrive à rendre plus solide la fixation

de ces poussoirs à l'élément piézo-électrique, car la subs-

tanceadhésive remplit alors ces fentes ou trous en contribu-

ant à la fixation desdits poussoirs.

En montant dans une rainure deux ou plusieurs pous-

soirs (figure 9 a) on arrive à diminuer le nombre de rai-

nures sans altérer les paramètres du moteur le fait de pré-

sence d'une couche 21 (figure 9 b) d'isolant phonique cont-

ribue à absorber le bruit du à l'aspérité de la surface cy-

lindrique 10 de coopération par friction du stator avec le rotor. lors de l'amorçage dans l'oscillateur du mode résonant des oscillations longitudinales, une portion de l'énergie acoustique est absorbée par le dispositif de fixation de

l'oscillateur d'o la réduction du rendement du moteur.

Pour diminuer ces pertes, il est rationnel de réaliser les dispositifs de fixation conique 22 (figure l Oa) à partir

d'un isolant phonique les dispositifs de fixation 22 pré-

sente une section transversale triangulaire, le sommet du

triangle venant en butée de l'oscillateur On arrive à di-

minuer toujours les pertes de l'énergie dans les disposi-

tifs de fixation en mon Lant les oscillateurs, dans ces

252541 ô

37 - dispositifs, avec un faible jeu par rapport aux parois

de ceux-ci (figure 10 b).

Les amplitudes maximales des oscillations produites par l'oscillateur piézo-électrique se trouvent dans les limites de 5 à 30 4 m, c'est pourquoi les aspérités pré- sentées par la surface de coopération par friction doivent être inférieure à 1,m En cas idéal, cette surface doit être parfaitement finie Plus faible est l'aspérité de la

surface susmentionné, plus faibles sont les bruits acous-

IO tiques produits par le moteur.

Compte tenu de ces particularités de fonctionnement du moteur et pour les raisons de commodité de l'usinage, on donne aux surfaces de coopération par friction des formes cylindriques, coniques ou plates, dans les deux I 5 premiers cas cette surface étant normalement coaxiale à

l'arbre du moteur.

lorsque le rotor se présente en forme d'un disque comprenant des surfaces 10 plates (figure 14 e, f) les

poussoirs peuvent être réalisés à partir d'une masse plas-

tique Ces poussoirs ne sont pas élastiques, le rotor de-.

vant alors 6 tre sollicité contre ces poussoirs On arri-

ve à cet effet à l'aide d'éléments élastiques, en parti-

culier, des ressorts 27 (figure 16 d, 18).

lorague les disques sont fixés rigidement (figure 19) les poussoirs 9 sont sollicités contre la surface 10 grâce à leur propre élasticité Cependant, à mesure de l'usure ces poussoirs se dresseront en provoquant l'augmentation

de l'angle de contact c< Ia tenue en service de ces mo-

teurs est inférieure à celle des moteurs munis d'un disque axialement mobile (figurer 16 d, 18) pour lequel l'angle

de contact ne varie pas avec l'usure des poussoirs.

n

Il est à noter que l'invention evisagç la réalisa-

tion du moteur avec deux oscillateurs ou plus Par exemple,

les oscillateurs en disque ou en bague peuvent être réu-

nis, de manière à former une collection, pour être logés dans un rotor cylindrique réalisé en forme de tube Cette conception du moteur permet d'élever le moment de rotation 38 - et la puissance du moteur, cela de façon proportionnelle

au nombre d'oscillateurs).

Ie fait de munir le moteur d'un deuxième rotor (fi-

gures 21, 22, 23, 24) ne change le principe de fonction-

nement du moteur Ies-deux rotors sont animés par un seul oscillateur Au besoin, lorsque les angles cd ont le même signe, leurs arbres peuvent être assemblés En ce cas, ce rotor devient analogue au rotor avec deux disques (figures 19) Lorsqu'on procède à la fabrication d'un moteur de ce JO type, il faut prendre en considération ce que chacun des rotors cause une certaine atténuation des oscillations dans l'oscillateur, d'o l'impossibilité d'insister sur le fait que ces rotor fonctionnent indépendamment l'un de l'autre Toute variation de la charge d'un des rotors

I 5 provoque inévitablement le changement de la vitesse de ro-

tation de l'autre rotor.

Il convient de faire ressortir ici une particularité de fonctionnement d'un moteur piézo-électrique muni de

deux rotors 4,31 (figure 25, 26) dont un comprend un os-

cillateur 5 I'oscillateur 5 de ce moteur met en rotation le rotor supplémentaire 31 mais du fait cet oscillateur se trouve sux le rotor 4 il tourne lui-aussi par rapport au stator 1 La vitessue résultante de l'arbre 25 est égal à la vitesse de rotation du rotor 31, plus ou moins la vitesse de rotation du rotor 4 Si les rotors 31 et 4

tournent dans un même sens les vitesses de rotation sus-

mentionnées doivent être additionner l'une à l'autre, mais si ces rotors tournes dans les sens contraires on procède

alors à leur soustraction de l'une de l'autre Comme repré-

senté dans la figure 27 a, l'angle d'inclinaison O d des poussoirs 9 correspond à la soustraction des vitesses de rotation des rotors Pour que les vitesses de rotation des deux rotors puissent être additionnées l'une à l'autre on a à changer le signe de l'angle c( d'inclinaison des

poussoirs, coopérant avec une des surfaces de coopéra-

tion par friction 10 ou 32, pour le contraire (figure 27 b).

En cas de soustraction, la valeur minimale de la vitesse 37 - de rotation de l'arbre 25 sera déterminée par le rapport

entre les diamètres des surfaces 10 et 32.

Examinons maintenant quelques particularités rela-

tives au fonctionnement du moteur représenté dans la fi-

gure 28 I,a source 8 produit une tension électrique al- ternative destinée à amorcer des oscillations acoustiques longitudinales dans l'oscillateur piézo-électrique 5 Ies contacts 40 étant fermés cette tension, provenant de la source 8, passe nar l'intermédiaire des contacts 40 et des

I O contacts fermés 35 pour arriver aux prises 11 de l'oscilla-

teur 5 Ie rotor 4 commence alors à tourner dans le sens marqué par la flèche Ensuite une des saillies 37 agit sur les contacts 36 de manière à les fermer Après cela on

peut ouvrir les contacts 40, car le rotor continue à tour-

I 5 ner Mais alors une autre saillie 37 arrive au niveau des

contacts 35 et agit sur ceux-ci de manière à les ouvrir.

Ie circuit d'alimentation de l'oscillateur se voit ainsi

coupé le rotor s'arrête après avoir tourné à un angle.

Pour obtenir une nouvelle rotation du rotor 4 il faut fer-

mer les contacts de démarrage 39.

Ie moteur piézo-électrique représenté dans la figure

29 fonctionne de la manière suivante A partir de la sour-

ce 42 de tension continue, par les contacts fermés >ô et les contacts fermés du groupe 41, une tension continue attaque l'entrée de la source 8 o elle est transformée

en tension alternative excitant l'oscillateur riézo-éle-

ctrique du moteur Ie rotor 4 se met à tourner dans le sens marqué par la flèche A l'arrivée de la saillie 37 au groupe de contacts 41 les contacts S autrefois fermés

s'ouvrent et ceux oui étaient ouverts se ferment Il s'en-

suit l'arrêt du rotor 4 Pour redémarrer le moteur, il

faut fermet les contacts de démarrage 40 après quoi le ro-

tor 4 tournera jusqu'à ce que la saillie 37 ne se séparera du groupe de contacts 41 Il en résultera un nouveau arrêt

du rotor.

lors de la rotation du rotor faisant partie du mo-

teur représenté dans la figure 3 C, le convertisseur 34 de -40 - position angulaire discrète du rotor en signal électrique

modifie par sauts la tension de la source 45 de tension con-

tinue à l'aide de laquelle le bloc 43 opère le branchement et le débranchement du moteur On peut modifier la tension électrique, par exemple, par fermeture du contact d'un

interrupteur en ampoule scellée 44 en approchant de celui-

-ci un aimant permanent Si le convertisseur 34 est une bobine 46 l'aimant permanent modifie son inductance et

une force électromotrice est alors induite dans cette bo-

bine Cette force électromotrice est utilisée comme signal

de commande destiné au bloc 43 Lorsqu'on approche l'ai-

mant d'un magnétodiode 47, on assiste à la modification de la résistance du diode ce qui conduit à la variation du courant et de la tension à l'entrée du bloc 43 Tous les convertisseurs mentionnés sont du type sans contacts car ils n'utilisent pas de contacts mécaniques (on peut ici

citer encore des détecteurs optiques et capacitifs).

On considère comme plus simple et bon marché les convertisseurs utilisant des détecteurs à contacts (dans

les figures 28 et 29 ce sont des contacts 35, 36 et 41).

La possibilité d'obtenir de forts moments de rotation et une fixation précise des positions angulaires à l'aide du convertisseur susmentionnépermet à son tour de mettre au point un moteur réversible représenté dans les figures

31 et 32 Dans ce moteur, une tension alternative prove-

nant d'une source 54 supplémentaire excite, un oscillateur 49 qui est sollicité à l'aide d'un élément 51 à un rotor ré versible 48 en provoquant la rotation de ce rotor et, par

la même, la rotation de l'arbre du moteur.

Les contacts 39 étant fermés, la tension électrique provenant de la source 8 attaque l'oscillateur 5 (figure 29) Le rotor 4 se met à tourner dans le sens indiqué par la flèche sur la fig 32 alors la tige 53, qui est fixée rigidement au rotor 4, sort du contact du ressort 52 qui sollicite ensuite l'oscillateur 50 au rotor 48 Toujours

en mouvement, la tige 53 repousse le ressort 51 en sépa-

rant l'oscillateur 49 du rotor 48 Le rotor 48 s'arrête.

41- Après cela la saillie 37, en coopération avec le groupe

de contacts 41, coupe le circuit d'alimentation de l'os-

cillateur 5 d'o résulte l'arrêt du rotor 4 Si l'on ac-

tionne maintenant le commutateur 55, la tension provenant de la source 54 attaque l'oscillateur 50 qui met en rota- tion le rotor 48 En ce cas, le sens de rotation du rotor 48 change pour le contraire Pour changer de nouveau le sens de rotation du moteur, il faut fermer les contacts 40 et réactionner le commutateur 55 Ie commutateur 55 peut être actionné automatiquement à l'aide de la saillie 37,

s'il se présente en forme de contacts agencés pour la coo-

pération avec cette saillie 37.

Les moteurs piézo-électrique proposes peuvent être utilisés en tant que moteurs à base vitesse ( 600 tr/mn

et moins) fonctionnant sans réducteurs Ces moteurs déve-

loppe des moments de rotation allant jusqu'à 100 kg/cm et plus, leur rendement étant supérieur à 30 % Le moteur de l'invention peut fonctionner au régime de pas A pas,

le pas minimal étant de 0,5 '1,0 seconde angulaire Ia cons-

tante de temps de ces moteurs est de 0,05 à 0,1-10 O s.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant sont esprit et mises en oeuvre dans

le cadre des revendications qui suivent.

42 -

Claims (25)

REVENDICATIONS

1 Moteur piézo-électrique, comportant un stator ( 1) et un rotor ( 4), coopérant par friction avec

celui-ci, dont l'un ou l'autre comprend au moins un os-

cillateur piézo-électrique ( 5) présentant un élément pié-

zo-électrique ( 6) fait à partir d'une substance piézo-éle-

ctrique polarisée et muni, sur ses surfaces opposées,

d'électrodes ( 7), qui sont connectées à une source d'ali-

mentation ( 8) en vue d'amorcer une onde d'oscillations a-

coustiques dans l'oscillateur ( 5) susmentionné, et au

moins deux poussoirs ( 9) dont chacun présente une extrémi-

té fixée à l'oscillateur piézo-électrique ( 5) pendant que son autre extrémité est sollicitée contre une surface ( 10) de coopération par friction du rotor ( 4) et du stator ( 1),

caractérisé en ce que l'élément piézo-électrique ( 6) est pola-

risé suivant la normale aux surfaces des électrodes ( 7) et est disposé en sorte que le sens de propagation du mode résonant des oscillations longitudinales, amorcées dans l'oscillateur ( 5), est normal à ladite surface ( 10) de

coopération par friction.

2 Moteur piézo-électrique suivant la revendication 1,

c a r a c t é r i S é en ce que l'élément piézo-électri-

que ( 6) se présente en forme d'une plaque de configura-

tion rectangulaire.

3 Moteur piézo-électrique selon la revendication 1,

c a r a c t é r i S é en ce que l'élément piézo-électri-

que ( 6) se présente en forme d'un barreau de section -carrée. 4 Moteur piézo-électrique selon la revendication 1,

c a r a c t é r i S é en ce que l'élément piézo-élebtri-

que ( 6) se présente en forme d'un cylindre ou d'une partie

de celui-ci.

Moteur piézo-électrique selon la revendication 1,

c a r a c t 6 r i S é en ce que l'élément piézo-électri-

que ( 6) se présente en forme d'une bague ou d'une partie

de celle-ci.

- 6 I.oteur pie zo-electrique seloi la revendication

c a r a c t e r i S e en ce que l 1 element piezo-

-electrique ( 6) se presente en forme de disque.

7 Moteur peiézo-électrique selon la revendication 1, c a r a c t é r i S é en ce que l'element piézo-ele- ctrique ( 6) se presente en forme d'un cylindre compose de prismes.

8 Moteur piézo-electrique suivant l'une quelcon-

que des revendications 4 à 6 c a r a c t e r i S é

I O en ce au'au moins une surface cylindrique de l'élement

piéezo-electrique ( 6) est entourée par une enveloppe ( 17).

9 Ioteur piezo-electricue selon la revendication 8, c a r a c t e r i S e en ce oue la difference entre les diamètres interieur et extericur de l'enveloppe ( 17) est

multiple de la moitié de la longueur dtonde du mode re-

sonant des oscillations longitudinales.

IO I Moteur piezo-electriue selon la revendication 8 ou 9, c a r a c t e r i S e en ce que l'enveloppe

( 17) se presente en forme d'un concentrateur ( 18) de con-

traintes mecaniques.

11 Moteur peiézo-electrique selon l'une quelcon-

que des revendications 2 à 5 et 7, c a r a c t e r i s

en ce que les poussoirs ( 9) sont fixes sur au moins un

about de l'éelement piézo-électrique ( 6).

12 M oteur piézo-electrique selon l'une quelconque

des revendications 2, 3 ou 7, caractérisé en ce

que chacun des poussoirs ( 9) est fixe sur au moins une des

arêtes parallèles de l'éelement piézoelectrique ( 6).

13 M Ioteur piézo-electrique selon l'une quelconque

des revendications 4, 5 ou 6, c a r a c t e r i S e

en ce que les poussoirs ( 9) sont fixes sur au moins une

surface cylindrique de l'éelement pieézo-électrioue ( 6).

14 I loteur piézoelectrique selon l'une quelconque

des revendications 1 à 6, C ar a c t e r i S e en ce cue

l'element piezo-electrique ( 6) presente des rainures ( 19)

à l'interieur desquelles sont montes les poussoirs ( 9).

44 - Moteur piézo-electrique selon l'une quelconque des

revendications là 6,c a r a t é r i S é en ce que les

poussoirs ( 9) sont fixés sur l'élément piézo-électrique ( 6)

a l'aide d'un comipound.

16 Moteur piézo-électrique selon l'une quelconque des

revendications 8,9 ou 10, c a r a t é r i S 6 en ce

que les poussoirs ( 9) sont fixés à l'envelope ( 17).

17 Moteur piezo-électrique selon l'une quelconque

des revendications 11 à 16,

c a r a c t é r i S é en ce que les poussoirs ( 9) se

présentent en iforme de plaques d'épaisseur uniforme.

18 Iaoteur piézo-électrique selon l'une quelconque

des revendications 11 à 16, ca-

r a c t é r i S é en ce que les poussoirs ( 9) se présen-

tent en forme de pl-que d'épaisseur variable.

19 Moteur piézo-électri ue selon la revendi-

cation 17 ou 18, c a r a c t é r i S é en se que les

plaques sont rectangulaires.

Ioteur piézo-électrique selon la revendica-

tion 17 ou 18, c a r a c t é r i S e en ce que les plaques

sont de forme trapézoidale.

21 iuoteur pi 6 zo-6 lectrique selon l'une quelconque des

revendications là 20, c a r a c t é r i S é en ce que les

poussoirs ( 9) sont multicouches.

22 Mioteur piézo-électrique selon la revendication 21, c a r a c t e r i S e en ce qu'une couche ( 21) d'isolant

phonique est disposé entre les couches formant les pous-

soirs ( 9).

23 Iioteur piézo-électrique selon l'une quelconque des

revendications à 16, c a r a c t é r i S é en ce que les

poussoirs ( 9) se présentent en forme de,ige.

24 Mioteur piézo-électrique selon l'une quelconque des

revendications là 23, c a r a c t é r i S é en ce que les

extrémités libres des poussoirs ( 9) sont munies de couches

résistantes à l'usure ( 20).

Motéur piézo-électrique selon l'une quelconque des

revendications là 23, c a r a c t é r i S 6 en ce que la

longuer des poussoirs ( 9) est multiple de 1/2 de la longueur

d'onde du mode résonant des oscillations longitudinales.

- 26 Moteur piezo-électrique selon l'une quelconque des

revendications 1,4,5,7 a 25, du type o l'oscillateur ( 5)

fait partie du stator ( 1) c a r a c t é r i S é en ce que le rotor ( 4) se présente en forme d'un cylindre et les extrémités libres des poussoirs ( 9) sont sollicitées à la surface ( 10) de cooperation par friction, disposée a sa

surface latérale.

27 Moteur piézo-électrique selon l'une quelconque des

revendications 1,4,5,7 à 25,du type o l'oscillateur pizo-électrique ( 5)

fait partie du stator ( 1), c a r a c t é r i S é en ce que le rotor ( 4) se présente en forme d'un cone tronqué et les extrémités libres des poussoirs ( 9) sont sollicitées a la surface ( 10) de cooperation par friction, disposée à

ia surface laterale.

28 Moteur piézo-électrique selon l'une quelconque des reven-

dications 1 a 25, du type o l'oscillateur piézo-éle-

ctrique ( 5) fait partie du stator ( 1), c a r a c t é r i -

s & en ce que le rotor ( 4) est réalisé sensiblement en forme d'un cylindre creux à l'intérieur duquel est monté

l'oscillateur ( 5) susmentionné.

29 Moteur piezo-électrique selon l'une cqueldonque des re-

vendications 1 a 5, 7 a 25, du type o l'oscillateur piézo-

-électrique ( 5) fait partie du stator ( 1), c a r a c t & -

r i S é en ce que le rotor ( 4) comprend au moins un disque et les extremités libres des poussoirs ( 9) sont sollicitées a la surface ( 10) de cooperation par friction, disposée à

l'une de ses surfaces plans.

Moteur piézo-électrique selon la revendication 29,

c a r a c t e r i S é en ce qu'au moins un disque susmen-

tionné est monté de manière à pouvoir se déplacer axiale-

ment et est sollicité élastiquement contre l'oscillateur

piézo-électrique ( 5).

31 Moteur piézo-électrique selon l'une quelconque des reven-

dications X à 28, c a r a c t é r i S é en ce que les poussoirs ( 9) sont disposés symétriquement par rapport à l'axe de rotation du rotor ( 4) et sont inclinés sous un'même

angle à la surface ( 10) de coopération par friction.

46 - 32 M Loteur peiézo-electrique selon l'une quelconque

des revendications 1 à 31, c a r a c t e r i S e en ce

qu'il comporte un rotor ( 31) supplementaire qui comprend a une autre surface de cooperation par friction ( 32) contre laquelle sont sollicites les extrémites libres de certains des poussoirs ( 9) dont les autres extremites

sont fixées audit oscillateur piezo-électrique ( 5).

33 Moteur piézo-electrique selon la revendication

32, c a r a c t e r i S e en ce que les angles Ot d'in-

clinaison des extrémites libres des poussoirs par rapport aux surfaces ce coopération par friction (I 0) et ( 32) ont

un même signe.

34 Moteur piezo-electrique selon la revendication 32, c a r a c t e r i S é en ce que les angles o d'inclinaison des extremites libres des poussoirs par rapport aux surfaces de cooperation par friction (I 0) et

( 32) ont les signes contraires.

Moteur piezo-electrique selon l'une quelconque

des revendications 1 à 34, c a r a e t é r i S e en ce

qu'il comprend en outre un convertisseur ( 34)-de positions angulaires du rotor ( 4) en signal électrique, qui est relie électriquement à la source ( 8) d'alimentation de

1,oscillateur susmentionne.

36 Moteur piezo-electrique selon l'une quelconque

des revendications 1 à 35, du type ou 1 toscillateur ( 5) fait

partie du stator ( 1), c a r a c t é r i S e en ce qutil comprend un rotor réversible ( 418) monte coaxialement au rotor ( 4) et adapte pour la rotation par rapport à ce rotor ( 4), deux oscillateurs piézoélectrique ( 49) et ( 50) en forme de plaques ractangulaires montees sur le stator ( 1) et coopérant à tour de r 8 le par friction avec ce rotor

réversible ( 48) et à l'aide de deux élements de sollicita-

tion ( 51) et ( 52) relies cinematiquement au rotor ( 4) sus-

mentionne.