FR2690018A1 - Piezoelectric modular motor with stator having two active faces - has both faces excited by transducers having two active faces insulated by coaxial element - Google Patents

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FR
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stator
piezoelectric
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annular
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Minotti Patrice
Froelicher Michel
Gonnard Paul
Eyraud Lucien
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CENTRE TECH IND HORLOGERE
CETEHOR
LABORATOIRE MECANIQUE APPLIQUEE
LGEF
MECANIQUE APPLIQUEE LAB
Original Assignee
CENTRE TECH IND HORLOGERE
CETEHOR
LABORATOIRE MECANIQUE APPLIQUEE
LGEF
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Abstract

The piezoelectric motor has a stator part (1) having two annular parts (4,5) excited by piezoelectric transducers with two active faces (7,6) which are respectively insulated by a coaxial insulation element (9). The rotor (2) has two annular parts (14,16) arranged symmetrically with respect to the median plane (3). The piezoelectric transducers are constituted by a number of parts which are cut out in a film of piezoelectric material. USE/ADVANTAGE - Motor has improved symmetry which optimises piezoelectric effects produced which makes it suitable for use in medical micro-mechanics.

Description

MOTEUR PIEZOELECTRIQUE MODULAIRE COMPORTANT UN PIEZOELECTRIC MOTOR WITH A MODULAR
STATOR A DEUX FACES ACTIVES. STATOR ACTIVE TWO-SIDED.

La présente invention concerne un moteur piezoélectrique. The invention relates to a piezoelectric motor. Le moteur piezoélectrique fonctionne selon le principe de la conversion piezoélectrique inverse, c'est-à-dire la transformation d'une tension électrique en une déformation mécanique. The piezoelectric motor operates according to the principle of inverse piezoelectric conversion, that is to say the conversion of an electric voltage into a mechanical deformation.

Les moteurs piezoélectriques connus dans l'art antérieur se composent habituellement The piezoelectric motors known in the prior art usually consist
- d'un stator formé d'une pièce flexible excitée par un transducteur piezoélectrique - a stator formed of a flexible member excited by a piezoelectric transducer
- d'un rotor revêtu d'un matériau antifriction qui permet de convertir avec un bon rendement les vibrations du stator en mouvement du rotor - un système qui permet d d'appliquer une pression axiale permanente et régulière entre le stator et le rotor. - a rotor coated with an antifriction material to convert good yield the stator vibration movement of the rotor - a system that allows to apply a permanent axial pressure and regular between the stator and the rotor.

Lorsqu'on applique sur la céramique piezoélectrique des tensions sinusoïdales d'amplitude et de fréquence convenables ainsi qu'un déphasage relatif approprié, on produit des ondes progressives de vibration de flexion sur la pièce flexible. When applied to the piezoelectric ceramic sinusoidal voltages of suitable amplitude and frequency and an appropriate relative phase shift is produced traveling wave of flexural vibration of the flexible piece. Un point matériel situé à la surface du stator décrira une trajectoire elliptique. A material point at the surface of the stator will describe an elliptical path. La fréquence de la tension alternative appliquée au transducteur piezoélectrique est déterminée de façon à correspondre sensiblement à la fréquence de résonance mécanique de l'ensemble constitué par le stator et par les transducteurs piezoélectriques qui lui sont associés. The frequency of the alternating voltage applied to the piezoelectric transducer is determined so as to substantially match the mechanical resonance frequency of the assembly constituted by the stator and by the piezoelectric transducers which are associated with it.

De tels moteurs ont fait l'objet de plusieurs brevets antérieurs, et en particulier on trouvera une description du principe général dans la revue IBM Technical Disclosure Bulletin NO 16 de 1973, article de Monsieur BARTH, ou encore dans le brevet américain délivré sous le numéro 4.736.129, ou encore dans le brevet USR 60 4 100 de la Société KK SHINSEI KOGIO. Such engines have been the subject of several prior patents, and in particular, a description of the general principle in the journal IBM Technical Disclosure Bulletin No. 16 of 1973 article by Mr. Barth, or in US patent issued under number 4,736,129, or in US patent USR 60 4100 KK Company SHINSEI KOGIO.

Ces moteurs présentent un couple important à basse vitesse. These motors have a high torque at low speed. En outre, ils présentent l'avantage d'être auto-bloquant, c'est-à-dire de présenter un couple de maintien très important. In addition, they have the advantage of being self-locking, that is to say, to present a very important holding torque.

On a également proposé dans l'art antérieur d'utiliser les deux faces du stator. It has also been proposed in the prior to use both faces of the stator art. Le brevet WO91/11850 décrit un moteur ultrasonique qui comporte un stator excité par un ou plusieurs oscillateurs ultrasoniques et une première partie mobile en contact avec l'une des faces du stator. The WO91 / 11850 discloses an ultrasonic motor which comprises a stator excited by one or more ultrasonic oscillators and a first movable part in contact with one of the stator faces. Une deuxième partie mobile est en contact sous pression avec une deuxième face superficielle du stator. A second movable part is in pressure contact with a second surface opposite the stator. Ce mode de réalisation ne permet toutefois pas d'optimiser le rendement du moteur car l'une des faces des oscillateurs piézoélectriques vibre dans le vide. This embodiment, however, not possible to optimize engine performance because one side of the piezoelectric oscillator vibrates in a vacuum. Un premier but de l'invention est de remédier à cet inconvénient en proposant une structure "sandwich" permettant d'améliorer le couplage et d'optimiser le rendement des oscillateurs ultrasonores mis en oeuvre. A first object of the invention to overcome this drawback by proposing a "sandwich" structure to improve coupling and optimize the performance of ultrasonic oscillators implemented.

Toutefois, pour certaines applications, le couple que l'on peut atteindre avec un moteur de dimensions fixées peut s'avérer insuffisant. However, for some applications, the torque that can be achieved with a fixed size engine may be insufficient.

Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé d'augmenter l'amplitude de la tension appliquée au transducteur piezoélectrique. To remedy this drawback, it was proposed to increase the amplitude of the voltage applied to the piezoelectric transducer. Cela nécessite toutefois l'emploi de source de tension élevée incompatible avec certaines applications. However, this requires the use of high voltage source incompatible with some applications.

On a proposé dans l'art antérieur de multiplier le nombre de moteurs piezoélectriques en les accouplant en parallèle. It has been proposed in the prior art to increase the number of piezoelectric motors by coupling in parallel. En particulier, le brevet français nO 2.618.184 propose un moteur à ultrasons comprenant plusieurs stators et plusieurs rotors assemblés coaxialement, et un arbre de sortie entraîné par tous les rotors. In particular, French Patent No. 2,618,184 proposes an ultrasonic motor comprising a plurality of stators and a plurality of rotors assembled coaxially, and an output shaft driven by all rotors.

Cette solution, relativement simpliste, ce traduit par une certaine complexité mécanique, dans la mesure où l'axe sert à la fois à l'entraînement d'un organe extérieur et au positionnement des stators. This solution is relatively simple, this results in a certain mechanical complexity, in so far as the axis serves both to the drive an outer member and the positioning of the stators. Il est donc nécessaire d'assurer son guidage et son positionnement avec des roulements de haute précision, capables d'absorber des couples élevés. It is therefore necessary to ensure its guidance and positioning with high precision bearings, able to absorb high torques. Par ailleurs, de légères différences dans les caractéristiques des moteurs associés se traduisent par une perte de rendement significative. Moreover, slight differences in the characteristics associated motors result in significant yield loss. Enfin, l'encombrement et le poids de tels moteurs constituent les inconvénients pour des applications de micro-mécanique, notamment dans le domaine de l'instrumentation médicale. Finally, the size and weight of such engines are the disadvantages of micro-mechanical applications, especially in the field of medical instrumentation.

Le moteur selon la présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. The engine of the present invention aims to overcome this disadvantage. A cet effet, il concerne un moteur à transducteurs piezoélectriques comportant un stator symétrique par rapport à un plan médian et présentant deux faces actives entraînant deux parties rotoriques accouplées disposées de part et d'autre de la partie statorique, le transducteur piezoélectrique étant inclu dans le stator de façon à l'exciter exciter selon les deux faces vibratoires dudit transducteur. For this purpose, it relates to a motor piezoelectric transducer comprising a stator symmetrical relative to a median plane and having two active faces driving two coupled rotor parts arranged on either side of the stator portion, the piezoelectric transducer being included in the stator so as to excite two vibration excite according faces of said transducer.

Un tel moteur sera décrit ci-après dans un mode de réalisation rotatif. Such an engine will be described below in a fashion rotating realization. I1 est bien évident que d'autres configurations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. I1 is obvious that other configurations are possible without departing from the scope of the invention. En particulier, un tel moteur peut être réalisé dans une configuration linéaire, ou encore dans une configuration cylindrique dans laquelle les rotors et le stator sont de forme cylindrique. In particular, such an engine can be achieved in a linear configuration or in a cylindrical configuration in which the rotors and the stator are cylindrical in shape.

Ce moteur présente l'avantage d'une grande symétrie et de l'optimisation des effets piezoélectriques qui si produisent. This motor has the advantage of great symmetry and optimization of piezoelectric effects if occur. En outre, il est possible de fabriquer un moteur modulaire constitué par assemblage d'un ensemble de d'éléments modulaires autocentrés. In addition, it is possible to manufacture a modular engine assembly consisting of a set of self-centering modular elements.

Selon un mode de réalisation avantageux, le stator est constitué de deux parties annulaires disposées de part et d'autre d'une pièce d'isolation électrique centrale coaxiale présentant des caractéristiques mécaniques sensiblement identiques aux caractéristiques mécaniques des parties annulaires, au moins un transducteur piezoélectrique étant intercalé entre ladite pièce d'isolation et chacune des pièces statoriques annulaires, le moteur étant en outre caractérisé en ce qu'il comporte deux rotors s'appuyant chacun sur l'une des surfaces extérieures du stator. According to an advantageous embodiment, the stator consists of two annular parts disposed on either side of a central piece coaxial electrical insulation having mechanical characteristics substantially identical to the mechanical characteristics of annular portions, at least one piezoelectric transducer being interposed between said insulating part and each of the annular stator parts, the motor being further characterized in that it comprises two rotors each pressing one of the outer surfaces of the stator. Cet appui symétrique permet d'intégrer les fonctions d'appui dans l'ensemble rotorique, contrairement aux moteurs de type connu où la fonction d'appui est exercée par l'arbre de sortie coopérant avec le boîtier du moteur, alors que dans les moteurs de type connu, la fonction d'appui du rotor sur le stator est fonction de la précision de la fabrication du boîtier et de l'arbre de sortie et de leur assemblage, dans les moteurs selon l'invention, cette fonction conserve ses performances indépendamment de son assemblage dans un boîtier. This symmetrical support allows to integrate support functions in the rotor assembly, unlike the known type engines where the support function is performed by the output shaft cooperating with the motor housing, while in engines of known type, the support function of the rotor on the stator is a function of the precision of manufacture of the housing and the output shaft and of their assembly, in engines according to the invention, this feature maintains its performance independently its assembly in a housing.

Selon un mode de réalisation avantageux, le transducteur piezoélectrique est constitué par une pluralité de pastilles découpées dans un film de matériau piezoélectrique. According to an advantageous embodiment, the piezoelectric transducer is formed by a plurality of wafers cut from a film of piezoelectric material. Par "pastilles", il faut entendre des éléments séparés de forme cylindrique, c'est-à-dire dont la forme correspond à un volume engendré par le déplacement d'une génératrice le long d'un chemin fermé. The term "pellets" is meant separate elements of cylindrical shape, that is to say, the shape of which corresponds to a volume generated by moving a generatrix along a closed path. De préférence, les pastilles sont en forme de disques afin de faciliter leur positionnement entre les deux parties annulaires du stator. Preferably, the tablets are disc-shaped to facilitate positioning between the two ring portions of the stator.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, le rotor comporte deux parties annulaires coaxiales s'appuyant chacune sur l'une des faces du stator, lesdites parties annulaires coaxiales étant réunies par des moyens élastiques exerçant une précontrainte permanente. According to another advantageous embodiment, the rotor comprises two coaxial annular parts each based on one of the stator faces, said coaxial annular parts being connected by elastic means exerting a permanent pretension.

Avantageusement, les parties rotoriques annulaires coopèrent avec un moyeux central par l'intermédiaire de flasques déformables élastiquement. Advantageously, the annular rotor portions cooperate with a central hub by means of resiliently deformable flanges.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins où The invention will be better understood from reading the description that follows, referring to the drawings where
- la figure 1, représente une vue en coupe d'une moteur selon l'invention - Figure 1 shows a sectional view of an engine according to the invention
- la figure 2, représente une vue en coupe d'un moteur à plusieurs étages - Figure 2 shows a sectional view of a multi-stage engine
- la figure 3, représente une vue en coupe médiane de la disposition des transducteurs piezoélectriques selon une première variante - Figure 3 is a median sectional view of the arrangement of the piezoelectric transducer according to a first variant
- la figure 4, représente une vue en coupe médiane de la disposition des transducteurs piezoélectriques selon une deuxième variante. - Figure 4 shows a view in median section of the arrangement of piezoelectric transducers in a second variant.

La figure 1 représente une vue en coupe d'un moteur piezoélectrique selon l'invention. 1 shows a sectional view of a piezoelectric motor according to the invention. Le moteur comporte une partie statorique (1) et une partie rotorique (2) symétriques par rapport à un plan médian (3) The motor comprises a stator part (1) and a rotor part (2) symmetrical with respect to a median plane (3)
La partie statorique (1) est constituée par deux parties annulaires (4, 5) métalliques, réalisées par exemple en bronze. The stator part (1) consists of two annular parts (4, 5) of metal, for example made of bronze. Ces deux parties statoriques (4, 5) sont disposées de part et d'autre d'une pièce d'isolation (6) centrale, de forme annulaire. These two stator parts (4, 5) are arranged on either side of an insulating part (6) central, annular in shape. Cette pièce d'isolation (6) est constituée par une rondelle isolante électriquement, présentant des caractéristiques mécaniques, et notamment une constante de Young correspondant sensiblement aux caractéristiques mécaniques, et notamment à la constante de Young, du matériau métallique constituant les parties statoriques (4, 5). This piece of insulation (6) is constituted by an electrically insulating washer, having mechanical characteristics and in particular a constant Young substantially corresponding to the mechanical characteristics, and in particular to constant Young, the metallic material constituting the stator parts (4 , 5). Elle est avantageusement réalisée en un matériau composite. It is advantageously made of a composite material.

Deux transducteurs piezoélectriques respectivement (7, 8) sont disposés de part et d'autre de la pièce d'isolation (6), entre la surface de ladite pièce d'isolation (6) et la surface inférieure des parties statoriques (4, 5). Two piezoelectric transducers respectively (7, 8) are arranged on both sides of the insulating part (6) between the surface of said insulating part (6) and the lower surface of the stator parts (4, 5 ). La tension électrique est appliquée entre les pièces statoriques (4, 5) constituant la masse et des électrodes d'excitation (9, 10) The electrical voltage is applied between the stator parts (4, 5) constituting the mass of the excitation electrodes (9, 10)
Les transducteurs piezoélectriques (9, 10) sont réalisés, suivant la dimension du moteur, sous forme de film de céramique d'une épaisseur calibrée en fonction des dimensions du moteur ou encore sous forme d'anneaux ou de pastilles de céramiques. The piezoelectric transducers (9, 10) are made, depending on the size of the engine under ceramic film as a calibrated thickness depending on motor size or in the form of rings or ceramic pellets. Un mode de réalisation sera décrit de façon plus détaillée ciaprès. One embodiment is described in more detail below.

Le rotor (2) est constitué par un moyeu central (12) de forme cylindrique et par deux parties rotorique formées respectivement par une partie discale (13) se prolongeant par une partie d'appui annulaire (14) pour la première pièce rotorique, et par une partie discale (15) se prolongeant par une partie d'appui annulaire (16) pour la deuxième pièce rotorique. The rotor (2) comprises a central hub (12) of cylindrical shape and two rotor parts respectively formed by a disc portion (13) extending through a portion of annular support (14) for the first rotor part, and a disc portion (15) extending through a portion of annular support (16) for the second rotor part. Les pièces rotoriques sont réalisées en un métal déformable élastiquement. The rotor parts are made of a resiliently deformable metal. Le moyeu (12) présente deux gorges (17, 17') pour le positionnement et l'assemblage des pièces statoriques par l'intermédiaire de leur partie discale (13, 15). The hub (12) has two grooves (17, 17 ') for positioning and assembly of the stator parts via their disc portion (13, 15). Les gorges (17, 17') présentent un méplat latéral pour le positionnement angulaire des deux parties discales (13, 15). The grooves (17, 17 ') have a flat side for the angular positioning of the two parts disc (13, 15).

L'écartement e des gorges (17, 17') du moyen (12) est déterminé de façon à ce que la distance entre les surfaces de frottement (19, 20) des parties de contacts annulaires (14, 16) munies de leur matériau anti-friction (21, 22) soient inférieures à l'épaisseur de la partie statorique. The spacing e of the grooves (17, 17 ') of means (12) is determined so that the distance between the friction surfaces (19, 20) of the parts of annular contacts (14, 16) provided with their material anti-friction (21, 22) are less than the thickness of the stator part. De ce fait, après assemblage des deux parties du rotor (2) et après sertissage de l'extrémité du moyeu (12), les deux faces en contact exercent sur la partie statorique (1) une pression permanente. Therefore, after assembly of the two parts of the rotor (2) and after crimping the end of the hub (12), the two faces in contact exerted on the stator part (1) a permanent pressure. Cette pression s'exerce indépendamment de tout assemblage des rotors et du stator dans un boîtier ou sur un axe. This pressure is exerted independently of any assembly of rotors and stator in a housing or on a shaft.

Le dispositif ainsi réalisé peut donc être facilement associé à un axe d'accouplement, et ce sans qu'il soit nécessaire de prévoir des moyens de guidage et de positionnement dudit axe. The device thus produced can be easily associated with a coupling pin, without it being necessary to provide means for guiding and positioning said axis.

Pour améliorer le positionnement relatif des parties statoriques et des parties rotoriques, un moyeu intercalaire (25) pouvant être disposé coaxialement aux rotors et au stator est prévu. To improve the relative positioning of the stator portions and the rotor portions, an intermediate hub (25) being disposed coaxially to the rotors and the stator is provided.

L'assemblage dans le boîtier s'effectue par l'intermédiaire de la partie d'isolation se prolongeant au delà des parties statoriques (1). The assembly in the housing is effected by means of the insulating portion extending beyond the stator portions (1).

Le prolongement radial (23) présente, de préférence, un méplat assurant le positionnement angulaire par rapport au boîtier (24). The radial extension (23) has preferably a flat ensuring the angular positioning relative to the housing (24). La liaison entre le boîtier (24) et la pièce d'isolation s'effectue par tous moyens connus, par exemple par vissage, par rivetage, ou encore par simple calage dans une cavité présentant les dimensions requises. The connection between the housing (24) and the insulating part takes place by any known means, for example by screwing, riveting, or by simple wedging in a cavity having the required dimensions.

Les caractéristiques de l'ensemble des éléments modulaires permettent de considérer ceux-ci comme des modules pouvant être associés pour former une gamme complète de moteurs modulaires. The characteristics of all the modular elements allow to consider these as modules that can be combined to form a complete range of modular engines. Une telle solution est représentée en figure 2. Les moteurs présentés en figure 2 sont constitués par quatres systèmes d'éléments modulaires (30, 31, 32, 33) dont chacun correspond au dispositif décrit en figure 1. Such a solution is shown in Figure 2. The motors presented in Figure 2 are formed by four systems of modular elements (30, 31, 32, 33) each of which corresponds to the device described in Figure 1.

Le boîtier extérieur est constitué par deux pièces d'extrémité (34, 35), et par quatres parties intermédiaires (36 à 39) présentant une cavité centrale (40) permettant le positionnement du prolongement radial (23) du matériau d'isolation de chacun des moteurs. The outer housing consists of two end pieces (34, 35), and four intermediate portions (36 to 39) having a central cavity (40) allowing the positioning of the radial extension (23) of the insulation material of each engines. Le blocage axial s'effectue par l'intermédiaire de l'extrémité inférieure de la bordure annulaire (41) de la partie intermédiaire suivante. Axial securing is effected via the lower end of the annular rim (41) of the following intermediate portion. On réalise ainsi un dispositif motorisé parfaitement modulaire permettant, à partir d'un nombre réduit d'élément standard, de modifier et d'adapter les performances du moteur au besoin de l'application particulière. Thus a perfectly modular power device, from a small number of standard items, modify and adjust engine performance to the need for the particular application.

L'assemblage du moteur à plusieurs étages s'effectue par des moyens connus, par exemple par une vis traversant l'ensemble des parties intermédiaires (36 à 39), ou encore par clipsage. The multistage motor assembly is carried out by known means, for example by a screw passing through all the intermediate portions (36 to 39), or by clipping. Dans ce dernier cas, chacune des parties intermédiaires présente à son extrémité supérieure une rainure (42) coopérant avec une nervure complémentaire (43) propre à s' enclencher dans ladite rainure par déformation élastique du rebord annulaire (41) lorsqu'une pression axiale est exercée entre deux pièces intermédiaires consécutives. In the latter case, each of the intermediate portions has at its upper end a groove (42) cooperating with a complementary rib (43) adapted to s' engage in said groove by elastic deformation of the annular flange (41) when an axial pressure is exerted between two consecutive spacers. Ces pièces intermédiaires (36 à 39) présentent donc une forme annulaire à deux étapes superposés de sections différentes. These intermediate pieces (36 to 39) thus have an annular shape with two superimposed stages of different sections. L'épaulement (40) résultant du changement de section permet le maintien du prolongement radial (23) du matériau d'isolation (9). The shoulder (40) resulting from the change of section allows the maintenance of the radial extension (23) of insulating material (9).

Avantageusement, la forme de l'étage de plus grande section n'est pas cylindrique, mais présente un méplat propre à empêcher la rotation du moteur qui est inséré dans la pièce intermédiaire considérée. Advantageously, the shape of the floor of larger cross section is not cylindrical but has a clean flat surface to prevent rotation of the motor that is inserted into the intermediate component considered. Le blocage axial est réalisé par le rebord annulaire (41) de la pièce intermédiaire suivante. Axial locking is achieved by the annular flange (41) of the following intermediate piece.

L'axe d'entraînement unique (44) est couplé aux moyeux centraux de chacun des rotors des éléments moteurs (30 à 33). The single drive shaft (44) is coupled to the central hub each of the rotors of the drivers (30 to 33). Il présente un bossage (45) correspondant à un méplat (46) complémentaire prévu sur lesdits moyeux des rotors, et propre à assurer l'entrainement des rotors. It has a boss (45) corresponding to a flat portion (46) further provided on said hubs of the rotors, and clean to ensure the drive of the rotors. Le positionnement axial est réalisé par tous moyens connus, par exemple par des bagues limitant la couse axiale, ou encore par des rainures latérales correspondant à des nervures complémentaires prévues sur la surface intérieure des moyeux et assurant le positionnement axial par clipsage. The axial positioning is achieved by any known means, for example by rings restricting the axial couse, or by lateral grooves corresponding to complementary ribs provided on the inner surface of the hubs and ensuring the axial positioning by clipping.

Le nombre d'éléments moteurs pouvant être ainsi accouplés n'est pas limité, et permet de réaliser une gamme complète de moteurs de puissance graduée, à parir d'éléments moteurs identiques fabriqués industriellement en grande série. The number of engines that may well be coupled elements is not limited, and allows a full range of graduated power engines commencing with identical drivers industrially produced in large series.

La figure 3 représente un premier mode de disposition des transducteurs piezoélectriques réalisés sous forme de pastilles de forme cylindriques. 3 shows a first mode of arrangement of the piezoelectric transducers in the form of cylindrical pellets. Les pastilles sont collées de façon à présenter des polarités alternées. The pellets are bonded so as to have alternating polarities.

Selon ce mode de disposition, le nombre P de pastilles correspond à: In this exemplary arrangement, the number P of pellets corresponds to:
P = 2 (n - 1) P = 2 (n - 1)
où n désigne le rang du mode de vibration. where n is the rank of the vibration mode.

Le tableau ci-dessous indique, en degrés, la position angulaire Pi des pastilles à partir d'un axe de référence, en fonction du rang n du mode de vibration retenu. The table below indicates, in degrees, the angular position Pi of the pellets from a reference axis, according to the rank n of the selected vibration mode.

Figure img00090001

<tb> <Tb>

n <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> n <September> 3 <September> 4 <September> 5 <September> 6 <September> 7 <September> 8 <September> 9 <September> 10 <September>
<tb> P1 <SEP> 75 <SEP> 56,25 <SEP> 45 <SEP> 37,5 <SEP> 32,2 <SEP> 28,15 <SEP> 25 <SEP> 22,5 <SEP> <Tb> P1 <September> 75 <September> 56.25 <September> 45 <September> 37.5 <September> 32.2 <September> 28.15 <September> 25 <September> 22.5 <September>
<tb> P2 <SEP> 135 <SEP> 101,25 <SEP> 81 <SEP> . <Tb> P2 <September> 135 <September> 101.25 <September> 81 <September>. <SEP> 67,5 <SEP> 57,9 <SEP> 50,65 <SEP> 45 <SEP> 40,5 <September> 67.5 <September> 57.9 <September> 50.65 <September> 45 <September> 40.5
<tb> P3 <SEP> 146 <SEP> 25 <SEP> 117 <SEP> 97,5 <SEP> 83,6 <SEP> 73,15 <SEP> 65 <SEP> 58,5 <Tb> P3 <SEP> 146 <SEP> 25 <SEP> 117 <SEP> 97.5 <SEP> 83.6 <SEP> 73.15 <SEP> 65 <SEP> 58.5
<tb> P4 <SEP> 153 <SEP> 127,5 <SEP> 109,3 <SEP> 95 <SEP> 65 <SEP> 85 <SEP> 76,5 <Tb> P4 <September> 153 <September> 127.5 <September> 109.3 <September> 95 <September> 65 <September> 85 <September> 76.5
<tb> P <SEP> 157 <SEP> 5 <SEP> 135 <SEP> 0 <SEP> 118,15 <SEP> 105 <SEP> 94,5 <Tb> P <September> 157 <September> 5 <September> 135 <September> 0 <September> 118.15 <September> 105 <September> 94.5
<tb> P6 <SEP> 160 <SEP> 7 <SEP> 140 <SEP> 65 <SEP> 125 <SEP> 112,5 <Tb> P6 <SEP> 160 <SEP> 7 <SEP> 140 <SEP> 65 <SEP> 125 <SEP> 112.5
<tb> P7 <SEP> 163 <SEP> 15 <SEP> 145 <SEP> 130,5 <Tb> P7 <September> 163 <September> 15 <September> 145 <September> 130.5
<tb> P8 <SEP> ==== <SEP> <SEP> 165 <SEP> 148,5 <Tb> P8 <September> ==== <September> <September> 165 <September> 148.5
<tb> P9 <SEP> 166,5 <Tb> P9 <September> 166.5
<tb> <Tb>
L'écart angulaire entre deux pastilles consécutives et donc de polarité opposée, correspond à une demi longueur d'onde. The angular difference between two consecutive pellets and thus of opposite polarity, corresponds to half a wavelength. Par longueur d'onde, on entend la période des ondes de déformation mécanique stationnaires engendrées dans la structure constituée par le stator, les pastilles piezoélectriques (64 à 79) et le joint de colle. By wavelength is meant the period of mechanical deformation stationary waves inside the structure consisting of the stator, the piezoelectric pellets (64 to 79) and the glue joint.

Les pastilles sont réparties en deux séries, respectivement (64 à 71) et (72 à 79). The pellets are distributed in two sets, respectively (64 to 71) and (72 to 79). Entre ces deux séries de pastilles se trouve une première zone morte (80) d'une ouverture angulaire correspondant à trois quarts de longueur d'onde, et une deuxième zone morte (81) d'une ouverture angulaire d'un quart de longueur d'onde. Between these two sets of tablets is a first dead zone (80) of an angular opening corresponding to three-quarters wavelength, and a second dead zone (81) of an angular aperture of a quarter of a length 'wave. Par zone morte, on entend une zone de la surface du rotor sur laquelle ne peut être appliquée aucune pastille piezoélectrique. By blanking means a rotor of the surface area on which can be applied no piezoelectric pellet.

La première série de pastilles (64 à 71) est excitée par une électrode conductrice (82) permettant d'appliquer sur chacune des pastilles (64 à 71) un champ électrique. The first set of wafers (64-71) is energized by a conductive electrode (82) for applying on each of the chips (64 to 71) an electric field. Le rotor constitue la masse, et donc l'autre électrode. The rotor constitutes the mass and thus the other electrode.

Une tension sinusoïdale de type UsinO)t est appliquée à cette électrode (82). A sinusoidal voltage Usino type) T is applied to this electrode (82).

La deuxième série de pastilles piezoélectriques (62 à 79) est excitée par une seconde électrode métallique (83) alimentée par une tension Ucosot, et déphasée d'un quart de longueur d'onde. The second set of piezoelectric pellets (62 to 79) is excited by a second metal electrode (83) fed by a Ucosot voltage and phase-shifted by a quarter wavelength. Les tensions sinusoïdales appliquées à chacune des électrodes (82, 83) provoquent les vibrations de flexion de chacune des électrodes (64 à 79) dans des conditions de phases propres à exciter par résonance le rotor et à générer deux ondes stationnaires, dont la résultante conduit à une onde progressive se traduisant par les mouvements de surface propres à entraîner le rotor. The sinusoidal voltages applied to each of the electrodes (82, 83) causes the each of the electrodes bending vibrations (64 to 79) in an own phase conditions to resonantly excite the rotor and generating two standing waves, with the resulting conduit a traveling wave resulting in specific surface movements to drive the rotor.

La figure 4 illustre un deuxième mode de disposition des pastilles piezoélectriques. 4 illustrates a second embodiment of the arrangement of piezoelectric pellets.

Dans ce deuxième mode de disposition, les pastilles sont disposées de façon à présenter alternativement deux éléments polarisés dans un premier sens, puis deux éléments polarisés dans un sens opposé. In this second arrangement, the pellets are arranged so as to have alternately two components polarized in a first direction, then two components polarized in an opposite direction.

Selon ce deuxième mode de disposition, le nombre P de pastilles correspond à: According to this second mode of arrangement, the pellets P number is:
P = 4n P = 4n
où n désigne le rang du mode de vibration. where n is the rank of the vibration mode.

Contrairement au mode de positionnement décrit en figure 3, où chacune des séries d'électrodes est excitée par une électrode (82, 83) couvrant sensiblement un demi-cercle, les pastilles piezoélectriques, dans ce deuxième mode de réalisation sont excitées individuellement. Unlike the positioning method described in Figure 3, where each of the electrode sets is excited by an electrode (82, 83) covering substantially a semicircle, the piezoelectric pellets, in this second embodiment are individually energized. Chacune des pastilles supporte à sa surface opposée à celle du rotor une pastille conductrice alimentée par une tension sinusoïdale. Each of pellets bears on its surface opposite to the rotor a conductive patch fed by a sinusoidal voltage.

La répartition des pastilles à la surface du rotor correspond à une succession de motifs où: The distribution of pellets on the surface of the rotor corresponds to a succession of units where:
- la première pastille du motif est polarisée dans une première direction et est alimentée par une tension de type UsincOt - the first patch pattern is polarized in a first direction and is powered by a voltage type UsincOt
- la deuxième pastille du motif est polarisée dans la même première direction et est alimentée par une tension de type Ucosa)t - the second patch pattern is polarized in the same first direction and is powered by a voltage type Ucosa) t
- la troisième pastille du motif est polarisée dans une seconde direction opposée à la première direction et est alimentée par une tension de type UsinO)t - the third pad of the pattern is polarized in a second direction opposite the first direction and is powered by a voltage type Usino) t
- la quatrième pastille du motif est polarisée dans la seconde direction et est alimentée par une tension de type UcosOt. - the fourth chip of the pattern is biased in the second direction and is powered by a voltage type UcosOt.

Ce motif se répète n fois; This pattern is repeated n times; n désignant le rang du mode de vibration. n denoting the rank of the vibration mode. Deux pastilles consécutives sont distantes angulairement d'un quart de longueur d'onde. Two consecutive pellets are angularly spaced apart by a quarter wavelength.

Comme précédemment, on produit deux ondes de vibration stationnaire, dont la superposition génère une onde progressive provoquant les mouvements de surface entraînant le rotor. As previously, it produces two stationary wave vibration, which generates a superposition wave causing the surface movement driving the rotor. Ce deuxième mode de positionnement des pastilles présente l'avantage d'une plus grande symétrie, ce qui permet de réduire les harmoniques parasites. This second positioning mode of pellets present the advantage of greater symmetry, which reduces spurious harmonics.

Ces pastilles sont avantageusement découpées dans un barreau de matériau céramique ou encore dans un film piezoélectrique, de tels films piezoélectriques sont en particulier des films polyvinylidene fluoride. These pellets are advantageously cut from a ceramic material bar or in a piezoelectric film, such piezoelectric films are especially polyvinylidene fluoride films.

Leur épaisseur est comprise entre une dizaine de microns et un millimètre. Their thickness is between about ten microns and one millimeter.

L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif, il est bien entendu que l'Homme du Métier sera à même de réaliser de nombreuses variantes, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. The invention is described in the above by way of example, it is understood that the skilled person will be able to realize many variations without departing from the scope of the invention.

Claims (12)

    REVENDICATIONS
  1. 1 - Moteur à transducteurs piezoélectriques constitué par au moins un stator réalisé en un matériau déformable élastiquement excité par un transducteur piezoélectrique, et par au moins un rotor revêtu d'un matériau anti-friction permettant de convertir les mouvements de surface du stator en mouvement d'entraînement du rotor, le moteur comportant en outre un moyen pour exercer une pression permanente et constante entre le rotor et le stator, caractérisé en ce que le stator est symétrique par rapport à un plan médian (3) et présente deux faces actives entraînant deux parties rotoriques accouplées disposées de part et d'autre de la partie statorique (1), les transducteurs piezoélectriques étant inclus dans le stator de façon à l'exciter selon les deux faces vibratoires. 1 - Engine piezoelectric transducers consisting of at least one stator made of an elastically deformable material excited by a piezoelectric transducer, and at least one rotor coated with an anti-friction material for converting the surface movements of the stator in movement driving the rotor, the motor further comprising means for exerting a permanent and constant pressure between the rotor and the stator, characterized in that the stator is symmetrical with respect to a median plane (3) and has two active faces driving two parts mated rotor arranged on both sides of the stator part (1), the piezoelectric transducers being included in the stator so as to excite vibration in the two faces.
  2. 2 - Moteur à transducteurs piezoélectriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie statorique (1) est constituée de deux parties annulaires (4, 5) disposées de part et d'autre d'une pièce d'isolation centrale (9) coaxiale, des transducteurs piezoélectriques (7, 8) à deux faces actives étant intercalés entre ladite pièce d'isolation électrique (9) et chacune des parties annulaires (4, 5) du rotor et en ce que le moteur comporte une partie rotorique (2) s'appuyant sur chacune des surfaces extérieures de la partie statorique (1). 2 - Engine piezoelectric transducer according to claim 1, characterized in that the stator part (1) consists of two annular parts (4, 5) arranged on either side of a central piece of insulation (9) coaxial piezoelectric transducers (7, 8) with two active faces being interposed between said electrical insulating member (9) and each of the annular portions (4, 5) of the rotor and in that the motor comprises a rotor part (2 ) bearing on each of the outer surfaces of the stator part (1).
  3. 3 - Moteur à transducteurs piezoélectriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transducteur piezoélectrique est constitué par une pluralité de pastilles cylindriques découpées dans un film de matériau piezoélectrique. 3 - Engine piezoelectric transducer according to any one of the preceding claims, characterized in that the piezoelectric transducer is formed by a plurality of cylindrical pellets cut from a film of piezoelectric material.
  4. 4 - Moteur à transducteurs piezoélectriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie rotorique (2) est constituée par deux parties annulaires (14, 16) coaxiales, s'appuyant chacune sur l'une des faces extérieures de la partie statorique (1), lesdites parties annulaires (14, 16) étant réunies par des moyens élastiques assurant une précontrainte. 4 - Engine piezoelectric transducer according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotor part (2) consists of two annular parts (14, 16) coaxial, each based on one of the outer faces of the stator part (1), said annular portions (14, 16) being joined by resilient means providing a prestress.
  5. 5 - Moteur à transducteurs piezoélectriques selon la revendication 4, caractérisé en ce que les parties rotoriques annulaires (14, 16) coopèrent avec un moyeu central (12) par l'intermédiaire de flasques en forme de disque (13, 15) déformables élastiquement. 5 - Engine piezoelectric transducer according to claim 4, characterized in that the annular rotor portions (14, 16) cooperate with a central hub (12) by means of disc-shaped flanges (13, 15) elastically deformable.
  6. 6 - Moteur à transducteurs piezoélectriques selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie rotorique (2) est constituée par une première partie constituée par un moyeu (11) présentant à l'une de ces extrémités une partie discale (13) se prolongeant par une partie annulaire (14), le moyeu (11) présentant à l'extrémité opposée une gorge (17) pour le positionnement d'une partie complémentaire formée par une partie discale (14) prolongée par une partie annulaire (16), la longueur axiale e du moyeu (12) étant fixée de façon à se que les surfaces d'appui des matériaux anti-friction (21, 22) soient écartées, au repos, d'une distance inférieure à l'épaisseur de la partie statorique (1). 6 - transducers piezoelectric motor according to claim 5, characterized in that the rotor part (2) consists of a first part constituted by a hub (11) having at one of its ends a disc portion (13) extending by an annular portion (14), the hub (11) having at the opposite end a groove (17) for positioning a complementary part formed by a disc portion (14) extended by an annular portion (16), the an axial length of the hub (12) being attached so as to that the bearing surfaces of the anti-friction materials (21, 22) are spaced apart at rest by a distance less than the thickness of the stator part ( 1).
  7. 7 - Moteur à transducteurs piezoélectriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau d'isolation (9) présente un prolongement radial (23). 7 - transducer piezoelectric motor according to any one of the preceding claims, characterized in that the insulating material (9) has a radial extension (23).
  8. 8 - Assemblage de moteurs conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué par une pluralité de pièces intermédiaires (36 à 39) présentant chacune un moyen de retenue de la partie statorique (1) des moteurs (30 à 33). 8 - assembly of engines in accordance with any one of the preceding claims, characterized in that it is constituted by a plurality of intermediate pieces (36 to 39) each having a retaining means of the stator part (1) of the motors ( 30 to 33).
  9. 9 - Assemblage motorisé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites pièces intermédiaire (36 à 39) sont constituées par un anneau présentant une cavité (40) de forme complémentaire à la forme du prolongement radial (23) du matériau d'isolation (9). 9 - motor assembly according to the preceding claim, characterized in that said intermediate parts (36 to 39) are constituted by a ring having a cavity (40) of shape complementary to the shape of the radial extension (23) of insulating material ( 9).
  10. 10 - Assemblage motorisé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les pièces intermédiaires (36 à 39) présentent un rebord annulaire (41) dont le diamètre extérieur correspond à ltépaulement (40) de la pièce intermédiaire consécutive, l'épaisseur dudit rebord annulaire (41) étant déterminée de façon à ce que le prolongement radial (23) de chacun des stators des éléments moteurs (30 à 33) soit bloqué entre l'épaulement (40) d'une pièce intermédiaire et l'extrémité inférieure du rebord annulaire (41) de la pièce intermédiaire suivante. 10 - Motor-driven assembly according to the preceding claim, characterized in that the intermediate pieces (36 to 39) have an annular rim (41) whose external diameter corresponds to ltépaulement (40) of the consecutive intermediate piece, the thickness of said annular rim (41) being determined so that the radial extension (23) of each of the stators of the drive units (30 to 33) is clamped between the shoulder (40) of an intermediate part and the lower end of the annular rim (41) the following intermediate piece.
  11. 11 - Assemblage motorisé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le rebord annulaire (41) présente une nervure (43) propre à coopérer avec une rainure (42) prévue sur la paroi de la pièce intermédiaire suivante. 11 - Motor-driven assembly according to any of claims 8 to 10, characterized in that the annular flange (41) has a rib (43) adapted to cooperate with a groove (42) provided on the wall of the next intermediate component.
  12. 12 - Assemblage motorisé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que les rotors des éléments moteurs (30 à 33) sont entrainés par un axe unique (44). 12 - Motor-driven assembly according to any one of claims 8 to 10 characterized in that the rotors of the drivers (30 to 33) are driven by a single axis (44).
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