FR2685955A1 - Actuator actuated by an elliptical-type ultrasonic-vibration driver - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine des actionneurs. The present invention relates to the field of actuators.
On entend par "actionneur" un dispositif apte à déplacer un organe utile, par exemple une aiguille indicatrice. The term "actuator" means a device capable of moving a useful member, for example an indicator needle.
Plus précisément, la présente invention concerne un actionneur comprenant un moteur générant une vibration ultrasonore de type elliptique. More specifically, the present invention relates to an actuator comprising a motor generating an ultrasonic vibration of the elliptical type.
La présente invention trouve en particulier, mais non exclusivement, application dans la réalisation d'un actionneur apte à déplacer une aiguille indicatrice en regard d'un cadran, dans un tableau de bord de véhicule automobile pour mettre à disposition du conducteur différents paramètres relatifs au véhicule, par exemple la vitesse de celui-ci, la température du moteur, le niveau d'huile, etc... The present invention finds in particular, but not exclusively, application in the production of an actuator capable of moving an indicator hand opposite a dial, in a dashboard of a motor vehicle to provide the driver with various parameters relating to the vehicle, for example its speed, engine temperature, oil level, etc.
Dans le cadre de la présente invention, le moteur générant une vibration ultrasonore de type elliptique, est formé de préférence d'un moteur piézo-électrique ou d'un moteur magnéto-strictif. In the context of the present invention, the motor generating an ultrasonic vibration of the elliptical type is preferably formed by a piezoelectric motor or a magneto-restrictive motor.
On a déjà proposé différents moteurs piézo-électriques. Various piezoelectric motors have already been proposed.
Ceux-ci peuvent être formés, comme représenté sur la figure l annexée, de deux céramiques piézo-électriques 10, 12 superposées sur un support 20 et adaptées pour travailler respectivement en vibration transversale, soit au cisaillement, pour la céramique 10 et en vibration longitudinale, soit en contraction/extension, pour la céramique 12. These can be formed, as shown in the attached FIG. 1, of two piezoelectric ceramics 10, 12 superimposed on a support 20 and adapted to work respectively in transverse vibration, or in shear, for ceramic 10 and in longitudinal vibration , either in contraction / extension, for ceramic 12.
Lorsque ces deux céramiques 10, 12 sont excitées à la même fréquence, vers la résonnance, mais avec un déphasage de plus ou moins 't(/2, l'extrémité libre du moteur ainsi formée opposée au support 20 décrit un mouvement elliptique. Ce mouvement elliptique peut être exploité pour déplacer une pièce 30 reposant sur ce moteur piézo-électrique avec une force F contrôlée. When these two ceramics 10, 12 are excited at the same frequency, towards resonance, but with a phase shift of more or less' t (/ 2, the free end of the motor thus formed opposite the support 20 describes an elliptical movement. elliptical movement can be used to move a part 30 resting on this piezoelectric motor with a controlled force F.
En pratique, les moteurs piézo-électriques peuvent prendre diverses configurations, par exemple un simple barreau formé d'un empilement de deux céramiques piézo-électriques comme schématisé sur la figure 1, ou encore une rondelle formée par juxtaposition d'un grand nombre de céramiques piézo-électriques. In practice, piezoelectric motors can take various configurations, for example a simple bar formed by a stack of two piezoelectric ceramics as shown diagrammatically in FIG. 1, or else a washer formed by juxtaposition of a large number of ceramics piezoelectric.
Dans le cas d'une rondelle, celle-ci est excitée sous un mode de vibration à onde progressive et prend la forme d'une rondelle ondulée. In the case of a washer, this is excited in a progressive wave vibration mode and takes the form of a wavy washer.
La rotation se fait par roulement et frottement.The rotation is done by rolling and friction.
Un moteur piézo-électrique fabriqué par SHINSEI Corporation et susceptible d'être utilisé dans le cadre de la présente invention est décrit par exemple dans le document JEE Janvier 1988, pages 42 à 44 : "A new concept in motors : Ultrasonic Wave Oscillation Drive Energy". A piezoelectric motor manufactured by SHINSEI Corporation and capable of being used in the context of the present invention is described for example in the document JEE January 1988, pages 42 to 44: "A new concept in motors: Ultrasonic Wave Oscillation Drive Energy ".
Les moteurs magnéto-strictifs sont directement équivalents aux moteurs piézo-électriques. Les moteurs magnéto-strictifs comprennent des matériaux commandés par un champ magnétique tandis que les moteurs piézo-électriques comprennent des matériaux commandés par un champ électrique. Magneto-restrictive motors are directly equivalent to piezoelectric motors. Magneto-restrictive motors include materials controlled by a magnetic field while piezoelectric motors include materials controlled by an electric field.
On a déjà proposé d'utiliser ces moteurs piézo-électriques pour piloter des actionneurs. Toutefois, les moteurs piézo-électriques présentent un grave inconvénient: ils ne présentent aucun repère de position, et même s 'il n'existe pas de glissement entre la pièce entraînée 30 et le moteur piézo-électrique 10, 20, la vitesse étant proportionnelle à l'amplitude de la vibration, un recalage périodique de la position de la pièce entraînée 30 est indispensable. It has already been proposed to use these piezoelectric motors to drive actuators. However, piezoelectric motors have a serious drawback: they have no position mark, and even if there is no slip between the driven part 30 and the piezoelectric motor 10, 20, the speed being proportional at the amplitude of the vibration, periodic recalibration of the position of the driven part 30 is essential.
Pour tenter de résoudre cette difficulté, on a déjà envisagé d'associer le moteur à un capteur de position formé par exemple d'une sonde à effet Hall et d'une cible ou encore d'un capteur potentiométrique. In an attempt to resolve this difficulty, it has already been envisaged to associate the motor with a position sensor formed for example of a Hall effect probe and of a target or else of a potentiometric sensor.
Ces solutions ne donnent cependant pas satisfaction. Elles sont couteuses, encombrantes et peu fiables.However, these solutions are not satisfactory. They are expensive, bulky and unreliable.
La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients de la technique antérieure. The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art.
Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un actioneur du type comprenant un moteur à vibration ultrasonore de type elliptique et une pièce entraînée en contact avec le moteur caractérisé par le fait qu'il comprend une cellule détectrice piézo-sensible en contact avec la pièce entraînée, apte à délivrer un signal représentatif des vibrations reçues, et des moyens aptes à mesurer le décalage temporel entre le signal d'excitation appliqué au moteur et le signal délivré par la cellule détectrice résultant de la propagation dans la pièce entraînée, des vibrations engendrées par le moteur. This object is achieved according to the present invention by means of an actuator of the type comprising an ultrasonic vibration motor of the elliptical type and a part driven in contact with the motor, characterized in that it comprises a piezo-sensitive detector cell in contact with the driven part, capable of delivering a signal representative of the vibrations received, and means capable of measuring the time difference between the excitation signal applied to the motor and the signal delivered by the detector cell resulting from the propagation in the driven part of the vibrations generated by the engine.
Dans le cadre de la présente invention, la cellule détectrice est formée de préférence d'une cellule piézo-électrique réceptrice, bien que l'on puisse envisager d'utiliser une cellule en matériau magnéto-strictif associé à une bobine. In the context of the present invention, the detector cell is preferably formed of a piezoelectric receiving cell, although it is possible to envisage using a cell made of magneto-restrictive material associated with a coil.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure I précédemment décrite représente schématiquement un moteur piézo-électrique connu, - la figure 2 représente schématiquement selon une vue en coupe axiale, un actionneur conforme à la présente invention, - la figure 3 représente une vue en plan d'un rotor utilisé dans un actionneur conforme à la présente invention, et - la figure 4 représente sous forme de blocs fonctionnels, des moyens de mesure et d'asservissement conformes à la présente invention. Other characteristics, objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows and with reference to the appended drawings given by way of nonlimiting example and in which - Figure I previously described schematically represents a motor known piezoelectric, - Figure 2 shows schematically in an axial sectional view, an actuator according to the present invention, - Figure 3 shows a plan view of a rotor used in an actuator according to the present invention, and - Figure 4 shows in the form of functional blocks, measurement and control means according to the present invention.
L'actionneur conforme à la présente invention représenté sur les figures annexées comprend essentiellement un bati 100, un moteur 200, une pièce entraînée 300, une cellule détectrice 400 et des moyens de mesure et d'asservissement 500. The actuator according to the present invention shown in the appended figures essentially comprises a frame 100, a motor 200, a driven part 300, a detector cell 400 and measurement and control means 500.
Le bati 100 peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. The frame 100 can be the subject of numerous variant embodiments.
On l'a schématisé sur la figure 2 sous forme de deux plaques de circuit imprimé parallèles 110, 120 reliées par des piliers 130 qui leur sont perpendiculaires. Ceux-ci peuvent servir de contact électrique, de centrage et d'assemblage. It has been shown diagrammatically in FIG. 2 in the form of two parallel printed circuit boards 110, 120 connected by pillars 130 which are perpendicular thereto. These can serve as electrical contact, centering and assembly.
Les deux plaques 110, 120 sont munies d'alésages coaxiaux 112, 122. The two plates 110, 120 are provided with coaxial bores 112, 122.
Le moteur 200 est un moteur à vibrations ultrasonores de type elliptique comme indiqué précédemment. Il peut s'agir d'un moteur piézo-électrique ou d'un moteur magnéto-strictif. The motor 200 is an ultrasonic vibration motor of the elliptical type as indicated above. It can be a piezoelectric motor or a magneto-restrictive motor.
Sur la figure 2, le moteur piézo-électrique 200 est schématisé sous forme de la superposition d'une première céramique piézo-électrique 210 supportée par la face interne 124 de la plaque 120, et d'une deuxième céramique piézo-électrique 220. In FIG. 2, the piezoelectric motor 200 is shown diagrammatically in the form of the superposition of a first piezoelectric ceramic 210 supported by the internal face 124 of the plate 120, and of a second piezoelectric ceramic 220.
La première céramique piézo-électrique 210 travaille en contraction/extension soit perpendiculairement à la plaque 120. The first piezoelectric ceramic 210 works in contraction / extension either perpendicular to the plate 120.
La seconde céramique piézo-électrique 220 travaille au cisaillement soit parallèlement à la plaque 120. The second piezoelectric ceramic 220 works in shear either parallel to the plate 120.
Lorsque les deux céramiques sont excitées par des signaux électriques déphasés de + */2, une pièce d'entraînement 230 liée à la céramique 220 suit en mouvement elliptique. When the two ceramics are excited by electrical signals phase shifted by + * / 2, a drive piece 230 linked to the ceramic 220 follows in elliptical movement.
Bien entendu dans la pratique le moteur 200 pourra être formé de toute structure connue de l'homme de l'art. Of course in practice the motor 200 may be formed from any structure known to those skilled in the art.
Selon les figures 2 et 3, la pièce entraînée 300 est formée d'un rotor 310 lié à un arbre 320. According to FIGS. 2 and 3, the driven part 300 is formed of a rotor 310 linked to a shaft 320.
L'arbre 320 est centré sur un axe 322. The shaft 320 is centered on an axis 322.
I1 peut porter une aiguille indicatrice. He can wear an indicator needle.
Le rotor 310 est formé d'une plaque plane orthogonale à l'axe 322. I1 est formé de préférence de métal, bien que le rotor 310 puisse être formé de tout matériau apte à transmettre des vibrations. The rotor 310 is formed from a flat plate orthogonal to the axis 322. It is preferably formed from metal, although the rotor 310 can be formed from any material capable of transmitting vibrations.
L'arbre 320 est engagé dans les alésages 112, 122 et guidé à rotation par ceux-ci autour de l'axe 322. The shaft 320 is engaged in the bores 112, 122 and guided in rotation by these around the axis 322.
Le rotor 310 est sollicité en appui contre la pièce d'entraînement 230 par un ressort 350 intercalé entre la seconde plaque 110 et le rotor 310. The rotor 310 is biased in abutment against the drive part 230 by a spring 350 interposed between the second plate 110 and the rotor 310.
L'homme de l'art comprendra que le moteur 200 étant excentré par rapport à l'axe 322, l'actionnement du moteur 200 permet d'entraîner le rotor 310 et l'arbre 320 à rotation autour de l'axe 322. Those skilled in the art will understand that the motor 200 being eccentric relative to the axis 322, the actuation of the motor 200 makes it possible to drive the rotor 310 and the shaft 320 to rotate about the axis 322.
Selon la représentation donnée sur les figures 2 et 3 le rotor 310 comprend plus précisément un anneau plan ouvert 312 relié à un moyeu central 314 solidaire de l'arbre 320, et relié par un bras radial 316 à une extrémité de l'anneau ouvert 312. Le rayon de l'anneau 312 est tel que celui-ci repose sur la pièce d'entraînement 230. According to the representation given in FIGS. 2 and 3, the rotor 310 more precisely comprises an open planar ring 312 connected to a central hub 314 secured to the shaft 320, and connected by a radial arm 316 to one end of the open ring 312 The radius of the ring 312 is such that it rests on the drive piece 230.
La cellule détectrice 400 est en contact avec le rotor 310. The detector cell 400 is in contact with the rotor 310.
La cellule détectrice 400 est conçue pour générer un signal de sortie représentatif des vibrations qu'elle reçoit. The detector cell 400 is designed to generate an output signal representative of the vibrations it receives.
La cellule détectrice 400 peut faire l'objet de nombreuses variantes. The detector cell 400 can be the subject of numerous variants.
Elle peut être formée d'une cellule piézo-électrique ou d'une cellule de matériau magnéto-strictif associée à une bobine. It can be formed of a piezoelectric cell or a cell of magneto-restrictive material associated with a coil.
Selon la représentation donnée sur la figure 2, la cellule détectrice 400 est portée par le moyeu 314. Elle peut cependant être placée en tout autre point du rotor 310, par exemple sur le bras de liaison 316 ou encore sur l'anneau ouvert 312, par exemple sur l'extrémité de celui-ci. According to the representation given in FIG. 2, the detector cell 400 is carried by the hub 314. It can however be placed at any other point of the rotor 310, for example on the link arm 316 or even on the open ring 312, for example on the end of it.
La cellule détectrice 400 peut être de toute forme appropriée, par exemple sous forme de rondelle, disque, etc
La cellule détectrice 400 génère un signal de sortie lié aux vibrations engendrées par le moteur 200 et transmis par le rotor 310 entre le moteur 200 et la cellule 400.The detector cell 400 can be of any suitable shape, for example in the form of a washer, disc, etc.
The detector cell 400 generates an output signal linked to the vibrations generated by the motor 200 and transmitted by the rotor 310 between the motor 200 and the cell 400.
Ainsi en comparant le décalage temporel entre le signal d'excitation appliqué au moteur 200 et le signal de sortie issu de la cellule 400, on peut connaître le temps de propagation des vibrations dans le rotor, donc la longueur du rotor 310 placée entre le moteur 200 et la cellule 400, et de là la position du rotor 310. Et on peut asservir cette position à une position de consigne en contrôlant le déphasage entre les deux signaux d'excitation appliqués respectivement aux deux céramiques motrices 210, 220, sachant que si un déphasage de + t/2 entre ces deux signaux d'excitation provoque la rotation du rotor 310 dans un sens, un déphasage de -Xt/2 entre les mêmes signaux d'excitation provoque la rotation du rotor 310 dans l'autre sens. Thus by comparing the time offset between the excitation signal applied to the motor 200 and the output signal from the cell 400, one can know the propagation time of the vibrations in the rotor, therefore the length of the rotor 310 placed between the motor. 200 and the cell 400, and from there the position of the rotor 310. And this position can be controlled by a set position by controlling the phase difference between the two excitation signals applied respectively to the two driving ceramics 210, 220, knowing that if a phase shift of + t / 2 between these two excitation signals causes the rotor 310 to rotate in one direction, a phase shift of -Xt / 2 between the same excitation signals causes the rotor 310 to rotate in the other direction.
Le circuit de mesure et d'asservissement 500 représenté sur la figure 4 comprend - un filtre 510 qui reçoit le signal issu de la cellule détectrice 400, - un module amplificateur 520 relié à la sortie du filtre 510, - un oscillateur 530 qui attaque l'une des céramiques motrices, par exemple la céramique 210 qui travaille en contraction/extension, - un module 540 qui mesure le déphasage entre le signal d'excitation issu de l'oscillateur 530 et le signal de mesure issu de l'amplificateur 520, - un module 550 de conversion phase/angle relié à la sortie du module 540, - un circuit de mise en forme 560 qui reçoit en entrée une grandeur à afficher, - un circuit de comparaison 570 qui compare le signal de consigne issu du module de mise en forme 560 et le signal réel issu du module 550 et génère un signal d'erreur en conséquence à sa sortie, - un module logique de traitement 580 relié à la sortie du circuit 570, - deux modules déphaseurs respectivement de + t/2 et - t/2, 582, 584, reliés à la sortie de l'oscillateur 530, et - un commutateur-inverseur 590 piloté par le module logique 580 et conçu pour appliquer sélectivement soit le signal issu du module déphaseur 582, soit le signal issu du module déphaseur 584, à la seconde céramique piézo-électrique 220, selon le sens du signal d'erreur issu du circuit de comparaison 570. The measurement and control circuit 500 shown in FIG. 4 comprises - a filter 510 which receives the signal from the detector cell 400, - an amplifier module 520 connected to the output of the filter 510, - an oscillator 530 which attacks the one of the driving ceramics, for example the ceramic 210 which works in contraction / extension, a module 540 which measures the phase shift between the excitation signal coming from the oscillator 530 and the measurement signal coming from the amplifier 520, - a phase / angle conversion module 550 connected to the output of the module 540, - a shaping circuit 560 which receives as input a quantity to be displayed, - a comparison circuit 570 which compares the setpoint signal from the module formatting 560 and the real signal from the module 550 and generates an error signal accordingly at its output, - a logic processing module 580 connected to the output of the circuit 570, - two phase shift modules respectively of + t / 2 and - t / 2, 582, 584, connected to the output of the oscillator 530, and - a reversing switch 590 controlled by the logic module 580 and designed to selectively apply either the signal from the phase shifter module 582, or the signal from the phase shifter module 584, to the second piezoelectric ceramic 220, according to the direction of the error signal from the comparison circuit 570.
Le circuit 500 représenté sur la figure 4 peut assurer un lissage et un amortissement. The circuit 500 shown in Figure 4 can provide smoothing and damping.
I1 peut être réalisé sous forme d'un circuit intégré. I1 can be realized in the form of an integrated circuit.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. Of course the present invention is not limited to the particular embodiment which has just been described but extends to all variants in accordance with its spirit.
Le rotor 310 peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. Il est avantageusement pourvu d'un revêtement anti-friction. The rotor 310 can be the subject of numerous variant embodiments. It is advantageously provided with an anti-friction coating.
La pièce entraînée 300 peut être guidée à translation et non pas à rotation. The driven part 300 can be guided in translation and not in rotation.
Le moteur 200 peut être commandé par des impulsions et non des signaux d'excitation sinusoldaux. Il suffit alors de repérer le temps de parcours des vibrations entre le moteur 200 et la cellule détectrice 400. Motor 200 can be controlled by pulses, not sinusoidal excitation signals. It then suffices to locate the vibration travel time between the motor 200 and the detector cell 400.
Selon encore une autre variante, la cellule détectrice 400 peut être formée par l'une des cellules piézo-électriques motrices 210, 220. Dans ce cas, la cellule détectrice 400 détecte les vibrations réfléchies sur une face du rotor 310 après propagation dans celui-ci. According to yet another variant, the detector cell 400 can be formed by one of the piezoelectric motor cells 210, 220. In this case, the detector cell 400 detects the vibrations reflected on a face of the rotor 310 after propagation in it. this.
L'actionneur conforme à la présente invention est économique, précis, il peut s'intégrer aisément sur une plaque de circuit imprimé et offre un couple moteur élevé sous tension ainsi qu'un couple résistant élevé à l'état hors tension. The actuator according to the present invention is economical, precise, it can be easily integrated on a printed circuit board and offers a high motor torque when energized as well as a high resistant torque in the de-energized state.
On notera que la cellule détectrice 400 n'est active qu'à l'état excité du moteur 200, c'est-à-dire lorsque celui-ci génère des vibrations. It will be noted that the detector cell 400 is only active in the excited state of the motor 200, that is to say when the latter generates vibrations.
Pour garantir une position précise à l'organe utile lié au rotor, on peut prévoir différentes dispositions dans le cadre du processus d'asservissement. To guarantee a precise position for the useful member linked to the rotor, various arrangements can be made as part of the servo-control process.
On peut prévoir de commuter l'élément 590 à fréquence élevée pour alimenter l'une des céramiques du moteur alternativement en + tuf/2 et - /2, lorsque la position de consigne est atteinte afin de faire osciller l'organe utile à fréquence élevée autour de cette position. Provision may be made to switch element 590 at high frequency to supply one of the motor ceramics alternately with + tuff / 2 and - / 2, when the set position is reached in order to cause the useful member to oscillate at high frequency. around this position.
On peut aussi appliquer au moteur 200 des signaux de commande en phase et non plus déphasés, pour générer des vibrations, sans déplacement du rotor, une fois la position de consigne atteinte. It is also possible to apply to the motor 200 control signals in phase and no longer out of phase, to generate vibrations, without displacement of the rotor, once the set position is reached.
On peut aussi interrompre l'alimentation du moteur 200 lorsque la position de consigne est atteinte et mémoriser cette position. It is also possible to interrupt the supply of motor 200 when the setpoint position is reached and store this position.
Le ressort 350 représenté sur la figure 2 peut être remplacé par un galet associé à un ressort. The spring 350 shown in FIG. 2 can be replaced by a roller associated with a spring.
La force élastique sollicitant le rotor 310 contre la pièce d'entraînement 230 peut aussi être une force d'attraction magnétique, par exemple en utilisant un rotor 310 en matériau magnétique et en plaçant un aimant à proximité de celui-ci. The elastic force urging the rotor 310 against the drive part 230 can also be a magnetic attraction force, for example by using a rotor 310 made of magnetic material and by placing a magnet close to it.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9200025A FR2685955A1 (en) | 1992-01-03 | 1992-01-03 | Actuator actuated by an elliptical-type ultrasonic-vibration driver |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9200025A FR2685955A1 (en) | 1992-01-03 | 1992-01-03 | Actuator actuated by an elliptical-type ultrasonic-vibration driver |
Publications (2)
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|---|---|
| FR2685955A1 true FR2685955A1 (en) | 1993-07-09 |
| FR2685955B1 FR2685955B1 (en) | 1997-02-21 |
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ID=9425391
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR9200025A Granted FR2685955A1 (en) | 1992-01-03 | 1992-01-03 | Actuator actuated by an elliptical-type ultrasonic-vibration driver |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2685955A1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0702418A1 (en) | 1994-09-19 | 1996-03-20 | Magneti Marelli France | Progressive mechanical wave transducer |
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-
1992
- 1992-01-03 FR FR9200025A patent/FR2685955A1/en active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2685955B1 (en) | 1997-02-21 |
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