FR2579683A1 - Moteurs a ondes de vibration - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN MOTEUR A ONDES DE VIBRATION DONT LA TRANSMISSION PRESENTE UN RENDEMENT ELEVE. A CET EFFET, UNE ZONE 9 DE CONTACT D'UN ELEMENT MOBILE 2, QUI EST EN CONTACT AVEC UN ELEMENT VIBRANT 1, EST AGENCEE DE MANIERE QUE LE LIEU GEOMETRIQUE DE DEPLACEMENT DANS LA ZONE DE CONTACT COINCIDE ESSENTIELLEMENT AVEC LE LIEU GEOMETRIQUE DE VIBRATION DE L'ELEMENT VIBRANT 2. DOMAINE D'APPLICATION : MOTEUR A ONDES DE VIBRATION.
Description
L'invention concerne un moteur à ondes de vibration, et plus
particulièrement la structure d'un élément qui est en contact de frottement avec un élément vibrant faisant partie du moteur à ondes de vibration. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 513 219 décrit un moteur à ondes de vibration dans lequel un transducteur d'énergie électromécanique, tel qu'un élément à électrostriction, est monté sur un élément vibrant auquel une tension périodique est
appliquée pour engendrer une onde de vibration progressi-
ve, et l'élément vibrant est appliqué sous pression contre un élément mobile afin de le déplacer sous l'effet de l'onde de vibration. Dans un tel moteur -à ondes de vibration, si l'efficacité de transmission du couple entre l'élément vibrant du moteur et l'élément qui est en contact de frottement avec cet élément vibrant n'est pas assez grande, le rendement énergétique du
moteur en est affecté.
Plusieurs procédés pour améliorer la caracté-
ristique de transmission de couple entre l'élément vibrant et l'élément en contact de frottement avec
celui-ci ont été proposés. L'une des raisons pour les-
quelles le rendement ou l'efficacité de la transmission du couple n'est pas assez élevé est que l'élément vibrant et la surface de contact de l'élément en contact de frottement avec lui ne sont pas suffisamment parallèles et qu'un sommet de la vibration engendrée dans l'élément vibrant n'établit pas un contact uniforme avec l'élément à échelle microscopique, et le couple n'est donc pas bien transmis. Une voie abordée pour résoudre le problème ci-dessus, décrite dans le brevet japonais N 188381/1984, est un procédé dans lequel l'élément qui est en contact de frottement avec l'élément vibrant est supporté par un élément élastique, par exemple en caoutchouc, afin de pouvoir se déplacer avec une certaine liberté et de permettre une bonne transmission de la vibration
engendrée dans l'élément vibrant.
La demande de brevet japonais N 272358/1984 décrit un procédé dans lequel un rotor, qui est en
contact avec l'élément vibrant, est en forme de colle-
rette, ce rotor comportant une collerette inclinée vers l'extérieur à partir d'un centre de rotation, et un bon contact entre l'élément vibrant et le rotor
est maintenu par déformation élastique de la collerette.
Un rotor rotatif annulaire, du type à colle-
rette, est montré sur les figures 1A et lB des dessins
annexés et décrits ci-après.
La figure 1A est une coupe du rotor du type à collerette et la figure lB est une coupe partielle à échelle agrandie de la collerette montrée sur la
figure 1A. La référence numérique 1 'désigne le rotor -
comportant la collerette et la référence numérique 2 désigne un élément vibrant destiné à entraîner par frottement le rotor 1. Ce dernier est entraîné par frottement sous l'effet de la vibration longitudinale engendrée dans l'élément vibrant 2, et la collerette du rotor 1 est déformée élastiquement comme représenté en traits tiretés sur la figure lB, conformément à la vibration longitudinale, du fait de l'élasticité de la collerette. La déformation élastique établit un lieu géométrique 3, indiqué par une ligne mixte
de la collerette qui s'expanse légèrement vers l'exté-
rieur lorsque la collerette est déformée élastiquement
comme représenté en traits tiretés.
Etant donné que l'élément vibrant 2 est de forme annulaire, la vibration engendrée dans cet
élément 2 comprend non seulement la vibration longitudi-
nale, mais également une composante de vibration en torsion comme représenté en traits tiretés sur la figure
2. Le lieu géométrique de la vibration verticale engen-
drée par l'élément vibrant 2 est légèrement incliné vers l'intérieur par la composante de torsion, comme
représenté par une ligne pleine 4 sur la figure 2.
Sur les figures lB et 2, la ligne mixte 6 désigne les axes centraux de la surface annulaire de l'élément
vibrant en forme d'anneau.
En conséquence, dans le rotor de type à collerette de l'art antérieur, le lieu géométrique du mouvement de la collerette du rotor ne coincide pas avec le lieu géométrique du mouvement de l'élément vibrant, sous l'effet de la vibration, et ces éléments sont en contact de frottement l'un avec l'autre avec un glissement dans les zones de contact. Ce glissement n'est pas utilisé efficacement comme force d'entraînement, mais il constitue une perte qui- empêche d'améliorer
le rendement.
Dans le moteur à ondes de vibration de type autre que le moteur à rotor de type à collerette, si le lieu géométrique de vibration de l'élément vibrant ne coïncide pas avec le lieu géométrique de déplacement de la zone de contact de l'élément qui est en contact de frottement avec l'élément vibrant, une perte due
à un glissement pose un grave problème pour l'améliora-
tion du rendement, comme c'est le cas du rotor du type
à collerette.
L'invention a pour objet un moteur à ondes de vibration dans lequel la direction du lieu géométrique de vibration engendré dans un élément vibrant d'un moteur à ondes de vibration et la direction du lieu géométrique du déplacement d'une zone de contact d'un élément qui est en contact de frottement avec l'élément
vibrant, dans sa zone de contact, coincident essentielle-
ment l'une avec l'autre.
L'invention a pour autre objet un moteur
à ondes de vibration qui minimise la perte due au glisse-
ment en augmentant la rigidité de la zone de contact dtun élément mobile qui est en contact avec un élément vibrant, sans accroître l'épaisseur de la zone de contact. L'invention a pour autre objet un moteur à ondes de vibration, peu volumineux, obtenu par une amélioration de l'agencement des positions relatives
d'un élément vibrant et d'un élément mobile.
L'invention sera décrite plus en détail
en regard des dessins annexés à titre d'exemples nulle-
ment limitatifs et sur lesquels: - les figures 1A et 1B sont des coupes
axiales d'un rotor du type à collerette de l'art anté-
rieur; - la figure 2 est une coupe partielle qui illustre une vibration d'un élément vibrant; - les figures 3A à 3D sont des coupes axiales
partielles de quatre formes de réalisation de l'inven-
tion; - la figure 4 est une coupe axiale partielle d'une cinquième forme de réalisation de l'invention; et - la figure 5 est une vue en perspective,
avec coupe partielle, d'un rotor comportant une colle-
rette 11 séparée des formes de réalisation montrées
sur les figures 3A à 3D.
Des formes préférées de réalisation de l'invention seront à présent décrites en référence, chacune, à une coupe axiale partielle à échelle agrandie montrant un élément vibrant 2 et un élément mobile
1 en contact de frottement avec cet élément 2.
La figure 3A représente une première forme de réalisation de l'invention. Sur la figure 3A, les mêmes éléments que ceux montrés sur les figures 1 et
2 sont désignés par les mêmes références numériques.
La référence 8 désigne un point de support d'un élément élastique d'une collerette 11 d'un rotor 1 en forme d'anneau, la référence numérique 9 désigne une zone de contact de la collerette 11 avec un élément vibrant 2, et la référence numérique 10 désigne une
ligne reliant la zone de contact 9 au point 8 de support.
Dans cette forme de réalisation, la ligne 10 reliant
la zone de contact 9 au point 8 de support est perpendi-
culaire à un lieu géométrique de vibration engendré
dans l'élément vibrant 2.
D'un point de vue strict, la vibration
engendrée dans l'élément vibrant 2 est une onde progres-
sive et le lieu géométrique de vibration se déplace d'un côté arrière ou d'un côté avant du dessin, vers le côté opposé. En conséquence, un lieu géométrique développé par projection du lieu géométrique de vibration sur un plan perpendiculaire à la direction du déplacement
de l'onde progressive est orthogonal à la ligne 10.
Il en est ainsi pour toutes les autres formes de réalisa-
tion. La figure 3B représente une deuxième forme de réalisation de l'invention. Sur la figure 3B, la zone de contact 9 est plus épaisse que dans la forme de réalisation de la figure 3A afin d'augmenter la rigidité. La figure 3C montre une troisième forme de réalisation de l'invention. Sur la figure 3C, la collerette 11 est constituée d'un élément élastique tel qu'une lame de ressort, et elle est insérée dans le rotor 1 et dans la zone de contact 9. Dans cette forme de réalisation, la zone de contact 9, la collerette
11 et le rotor 1 sont réalisés séparément, et la colle-
rette 11 est insérée dans le rotor 1 et dans la zone de contact 9. Lorsque cette dernière doit être réalisée en une matière anti-abrasion, l'ensemble de la zone de contact, de la collerette et du rotor doit être réalisé dans des matières anti-abrasion, ou bien une extrémité de la zone de contact 9 doit être revêtue d'une matière anti-abrasion, par dépôt ou pulvérisation dans les formes de réalisation montrées sur les figures 3A et 3B, car la zone de contact, la collerette et
le rotor sont réalisés ensemble.
Dans la présente forme de réalisation, la totalité de la zone 9 de contact peut être réalisée en une matière anti-abrasive et elle peut être insérée dans la collerette 11. Lorsque le rotor 1 est réalisé en résine et que la collerette 11 y est insérée, le
coût du rotor peut être réduit.
La figure 3D représente une quatrième forme
de réalisation de l'invention. Dans les formes de réali-
sation des figures 3A à 3C, la collerette 11 s'étend vers l'extérieur de l'axe central de la surface annulaire
de l'élément vibrant 1. Dans la présente forme de réali-
sation, la collerette s'étend dans la direction de l'axe central 6, c'està-dire intérieurement par rapport à l'axe central, comme c'est le cas dans l'appareil de l'art antérieur. Cependant, dans la présente forme de réalisation, la collerette s'étend obliquement vers le haut, à la différence de l'appareil de l'art antérieur dans lequel la collerette s'étend obliquement vers
le bas de l'élément vibrant.
En conséquence, la ligne reliant le point 8 de support de la collerette 11 à la zone 9 de contact descend vers la droite et est orthogonale à la direction du déplacement de la vibration de l'élément vibrant
2, comme c'est le cas dans les autres formes de réalisa-
tion de l'invention, cette ligne étant à comparer avec
la ligne qui s'élève dans l'appareil de l'art antérieur.
Dans la présente forme de réalisation, le rotor 1 est disposé à l'intérieur de l'élément vibrant 2 et la collerette 11 s'étend dans la direction de l'axe central, c'est-à-dire obliquement vers le haut de la direction de l'élément vibrant 2. En consé- quence, il est possible de réduire le diamètre extérieur du moteur. Etant donné que la collerette 11 pénètre dans l'élément vibrant, l'épaisseur du moteur peut être réduite par rapport à l'autre forme de réalisation
pour une épaisseur de rotor donnée.
Dans les formes de réalisation montrées sur les figures 3A à 3D, la direction de la vibration engendrée dans l'élément vibrant 2 est orthogonale à la ligne reliant la zone 9 de contact de l'élément (rotor 1) qui est en contact de frottement avec l'élément vibrant, et le point 8 de support de l'élément élastique de la collerette 11. En d'autres termes, ceci indique que, lorsque la zone 9 de contact se déplace autour du point 8 de support, la direction de ce mouvement coincide sensiblement avec la direction de la vibration engendrée dans l'élément vibrant. En conséquence, dans ces formes de réalisation, on évite la perte due au glissement de la surface de contact entre l'élément vibrant et l'élément qui est en contact de frottement
avec cet élément vibrant.
Dans les formes de réalisation montrées sur les figures 3A et 3D, l'épaisseur de la zone 9 de contact est égale ou inférieure à l'épaisseur de la collerette. Dans cette structure, la fréquence de vibration spécifique de la zone 9 de contact peut être élevée et on obtient une excellente caractéristique de poursuite des vibrations. Cependant, étant donné que la rigidité en flexion de la zone 9 de contact est faible, la zone 9 de contact fléchit sous l'effet d'une pression de l'élément vibrant 2 et du rotor 1, et la zone de contact de l'élément vibrant 2 s'élargit
circonférentiellement vers le rotor 1 de forme annulaire.
Par conséquent, la zone de contact 9 est
en contact avec une aire plus étendue que l'aire sommita-
le de l'onde engendrée dans l'élément vibrant 2. Dans cette large zone de contact, une composante du mouvement de masse dans la direction d'entraînement est maximale au sommet généré dans l'élément vibrant 2 et plus petite à l'écart du sommet pour atteindre un minimum au point situé à mi-distance entre les sommets, c'est-à-dire au creux de l'onde (de même amplitude mais de polarité opposée à celle du sommet). En conséquence, l'élément vibrant 2 et la zone 9 de contact sont en contact sur une aire large et, étant donné que la vitesse du point de masse dans la surface de contact de l'élément vibrant 2 n'est pas uniforme dans la zone de contact, une partie de cette zone de contact glisse et il en résulte une perte. Dans les formes de réalisation montrées sur les figures 3B -et 3C, l'épaisseur de la zone de contact 9 est grande. En conséquence, la rigidité en flexion de la zone de contact est améliorée et on évite le contact sur une large aire de la zone 9 de contact et de l'élément vibrant 2, comme c'est le cas des formes
de réalisation des figures 3A et 3D, et le glisse-
ment est empêché, ce qui réduit la perte.
Dans la forme de réalisation de la figure 3C, la matière constituant la zone de contact 9 est la matière anti-abrasion. En variante, pour empêcher la zone de contact 9 et l'élément vibrant 2 d'entrer
en contact avec une large aire de contact sur la circon-
férence du rotor en forme d'anneau, la zone de contact 9 peut être réalisée en une matière ayant un module d'élasticité supérieur à celui de la collerette 11 qui est constitué d'une lame de ressort, de manière que la rigidité en section soit améliorée en plus de
l'accroissement de la zone de contact 9.
Dans ce cas, la matière de la zone de contact 9 peut être une matière légère et dure, telle qu'une céramique à alumine, et la rigidité en flexion est améliorée sans détérioration de la caractéristique de poursuite de vibration de la zone de contact, de sorte que le glissement est empêché et que la perte
est réduite.
L'utilisation de la matière à haute rigidité en flexion pour la zone 9 de contact peut être étendue
à toutes les autres formes de réalisation de l'invention.
L'utilisation de la matière à haute rigidité en flexion-pour la zone de contact 9 peut être étendue à d'autres moteurs à ondes de vibration selon l'invention, tels qu'un moteur rotatif, un moteur linéaire et d'autres moteurs. Dans la forme de réalisation de la figure
3C, la collerette 11 est constituée d'une lame de ressort.
Lorsque la lame de ressort est réalisée en un bronze au phosphore ayant une bonne raideur linéaire ou en une plaque de matière plastique amortissant fortement la vibration, la fonction du ressort peut encore être améliorée. La figure 4 représente une cinquième forme de réalisation de l'invention. Dans cette forme de réalisation, le rotor 1 est en contact de frottement avec l'élément vibrant 2 dans la zone 12 de contact
par l'intermédiaire d'un élément élastique 13.
Dans cette forme de réalisation, étant
donné que la liberté de déformation de l'élément élasti-
que 13 est grande, la tolérance d'une erreur angulaire de la surface sur laquelle l'élément élastique 13 est
monté est grande.
Dans la présente forme de réalisation, étant donné que la direction de vibration de l'élément vibrant 2 coincide sensiblement avec la direction de déplacement du rotor 1, on peut empêcher le glissement dans la zone de contact de l'élément vibrant 2 et du
rotor 1.
La figure 5 représente un rotor comportant la collerette 11 des formes de réalisation montrées
sur les figures 3A à 3D, mais la collerette est divisée.
La figure 5 représente le rotor dont une partie est en coupe afin de montrer clairement la forme présentée
en coupe par ce rotor.
Etant donné que la collerette 11 du rotor est divisée, les parties divisées de la collerette 11 peuvent se déplacer indépendamment les unes des
autres. Par conséquent, la vibration générée dans l'élé-
ment vibrant peut être transmise plus efficacement
à l'élément associé.
Bien que des moteurs rotatifs à vibration aient été représentés pour les formes de réalisation de l'invention, cette dernière peut également être
appliquée à un moteur linéaire à ondes de vibration.
Comme décrit précédemment, la direction du lieu géométrique de la vibration engendrée dans l'élément vibrant coincide sensiblement avec la direction du lieu géométrique du déplacement de l'objet qui est en contact de frottement avec l'élément vibrant dans la zone de contact. En conséquence, la perte qui était provoquée, dans l'appareil Éte l'art antérieur, par le glissement à la surface de contact entre l'objet, qui est en contact de frottement avec l'élément vibrant et cet élément vibrant est évitée et l'efficacité de
la transmission de la vibration est améliorée.
Claims (8)
1. Moteur à ondes de vibration destiné à produire une onde progressive dans un élément vibrant (2) pour entraîner, par cette onde progressive, un élément mobile (1) qui est en contact avec l'élément vibrant, caractérisé en ce qu'une zone (9) de contact de l'élément mobile avec l'élément vibrant est établie
de façon que la direction du lieu géométrique de déplace-
ment dû au contact de l'élément mobile et de l'élément
vibrant dans ladite zone de contact coincide essentiel-
lement avec la direction du lieu géométrique de vibration
du à l'onde progressive produite dans l'élément vibrant.
2. Moteur à ondes de vibration destiné à produire une onde progressive dans un élément vibrant (2) afin d'entraîner un élément mobile (1) à l'aide de cette onde progresssive, caractérisé en ce qu'il comporte une zone (11) faisant saillie de l'élément mobile et dont une partie est en contact avec l'élément vibrant, cette zone en saillie étant agencée de façon que le lieu géométrique de vibration de l'élément vibrant soit sensiblement orthogonal à une ligne 10 reliant un point 8 de support de la zone en saillie à la zone
(9) de contact de l'élément vibrant.
3. Moteur à ondes de vibration destiné à produire une onde progressive dans un élément vibrant (2) afin d'entraîner un élément mobile (1), caractérisé en ce que l'élément mobile présente une forme fermée et comporte une collerette (11) à sa circonférence, une extrémité de la collerette étant en contact avec
l'élément vibrant et la zone (9) de contact de la colle-
rette étant agencée de manière que le lieu géométrique de vibration de l'élément vibrant soit sensiblement orthogonal à une ligne (10) reliant un point (8) de
support de la collerette et la zone de contact.
4. Moteur à ondes de vibration destiné à produire une onde progressive dans un élément vibrant (2) afin d'entraîner un élément mobile (1), caractérisé en ce qu'il comporte une zone (11) faisant saillie obliquement de l'élément mobile et dont une extrémité est en contact avec l'élément vibrant, la zone (9) de contact de la zone en saillie, qui est en contact avec l'élément vibrant, étant plus épaisse que les
autres parties de la zone en saillie.
5. Moteur à ondes de vibration destiné à produire une onde progressive dans un élément vibrant (2) afin d'entraîner un élément mobile (1), caractérisé en ce qu'il comporte une zone (11) faisant saillie obliquement de l'élément mobile et dont une extrémité est en contact avec l'élément vibrant, la zone (9) de contact de la zone en saillie, qui est en contact avec l'élément vibrant, ayant une rigidité supérieure
à celle des autres parties de la zone en saillie.
6. Moteur à ondes de vibration destiné à produire une onde progressive dans un élément vibrant (2) pour entraîner un élément mobile (1), caractérisé en ce qu'il comporte une zone (11) faisant saillie de l'élément mobile, une zone (9) de contact située sur la zone en saillie afin d'établir un contact avec l'élément vibrant, -cette zone de contact ayant une rigidité supérieure à celle des autres parties de la
zone en saillie.
7. Moteur à ondes de vibration destiné à produire une onde progressive dans un élément vibrant (2) pour entraîner un élément mobile (1), caractérisé en ce que l'élément mobile et l'élément vibrant sont de forme annulaire, en ce que l'élément mobile comporte - une zone (11) qui fait saillie radialement du centre de l'anneau, en ce que l'élément mobile est disposé intérieurement par rapport à l'élément vibrant et en ce qu'une partie de la zone en saillie dans une direction
de projection est en contact avec l'élément vibrant.
8. Moteur à ondes de vibration selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément mobile est réalisé en au moins deux matières dont l'une est
utilisée pour ladite zone de contact.
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