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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Abstract
Description
MOTEUR PIEZOELECTRIQUE MODULAIRE COMPORTANT UN
STATOR A DEUX FACES ACTIVES.MODULAR PIEZOELECTRIC MOTOR COMPRISING A
STATOR HAS TWO ACTIVE FACES.
La présente invention concerne un moteur piezoélectrique. 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 present invention relates to a piezoelectric motor. The piezoelectric motor operates according to the principle of the inverse piezoelectric conversion, that is to say the transformation of an electrical voltage into a mechanical deformation.
Les moteurs piezoélectriques connus dans l'art antérieur se composent habituellement
- d'un stator formé d'une pièce flexible excitée par un transducteur piezoélectrique
- 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.Piezoelectric motors known in the prior art are usually composed
a stator formed of a flexible part excited by a piezoelectric transducer
- A rotor coated with antifriction material that allows to convert with good efficiency the vibrations of the stator in motion of the rotor - a system that allows to apply a permanent and regular axial pressure 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. Un point matériel situé à la surface du stator décrira une trajectoire elliptique. 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. When sinusoidal voltages of suitable amplitude and frequency are applied to the piezoelectric ceramic and a suitable relative phase shift, progressive vibrations of bending vibration are produced on the flexible part. A material point on the surface of the stator will describe an elliptical trajectory. The frequency of the AC voltage applied to the piezoelectric transducer is determined so as to correspond substantially to the mechanical resonance frequency of the assembly constituted by the stator and the associated piezoelectric transducers.
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 will be found in the journal IBM Technical Disclosure Bulletin No. 16 of 1973, article of Mr. BARTH, or in the US patent issued under the number 4,736,129, or in USR 60,400 of the KK Shinsei Kogio Company.
Ces moteurs présentent un couple important à basse vitesse. En outre, ils présentent l'avantage d'être auto-bloquant, c'est-à-dire de présenter un couple de maintien très important. These engines have high torque at low speeds. In addition, they have the advantage of being self-locking, that is to say to have a very large holding torque.
On a également proposé dans l'art antérieur d'utiliser les deux faces du stator. 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. Une deuxième partie mobile est en contact sous pression avec une deuxième face superficielle du 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. 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. It has also been proposed in the prior art to use both sides of the stator. The patent WO91 / 11850 describes 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 faces of the stator. A second moving part is in pressure contact with a second surface face of the stator. This embodiment does not, however, optimize the efficiency of the motor because one of the faces of the piezoelectric oscillators vibrates in a vacuum. A first object of the invention is to overcome this disadvantage by providing a "sandwich" structure to improve the coupling and optimize the efficiency 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 motor of fixed dimensions may be insufficient.
Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé d'augmenter l'amplitude de la tension appliquée au transducteur piezoélectrique. Cela nécessite toutefois l'emploi de source de tension élevée incompatible avec certaines applications. To overcome this disadvantage, it has been proposed to increase the amplitude of the voltage applied to the piezoelectric transducer. However, this requires the use of a high voltage source incompatible with certain applications.
On a proposé dans l'art antérieur de multiplier le nombre de moteurs piezoélectriques en les accouplant en parallèle. 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. It has been proposed in the prior art to multiply the number of piezoelectric motors by coupling them in parallel. In particular, French Patent No. 2,618,184 proposes an ultrasonic motor comprising several stators and several coaxially assembled rotors, and an output shaft driven by all the 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. Il est donc nécessaire d'assurer son guidage et son positionnement avec des roulements de haute précision, capables d'absorber des couples élevés. Par ailleurs, de légères différences dans les caractéristiques des moteurs associés se traduisent par une perte de rendement significative. 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. This solution, relatively simplistic, translates into a certain mechanical complexity, insofar as the axis serves both to drive an external member and the positioning of the stators. It is therefore necessary to ensure its guidance and positioning with high precision bearings capable of absorbing high torques. In addition, slight differences in the characteristics of the associated motors result in a significant loss of efficiency. Finally, the size and weight of such engines are the disadvantages for micro-mechanical applications, particularly in the field of medical instrumentation.
Le moteur selon la présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. 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. The engine according to the present invention aims to overcome this disadvantage. For this purpose, it relates to a motor with piezoelectric transducers comprising a stator symmetrical with respect to a median plane and having two active faces driving two coupled rotor parts disposed on either side of the stator part, the piezoelectric transducer being included in the stator so as to excite it to excite on both vibratory faces of said transducer.
Un tel moteur sera décrit ci-après dans un mode de réalisation rotatif. I1 est bien évident que d'autres configurations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'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. Such an engine will be described hereinafter in a rotary embodiment. It is obvious that other configurations can be envisaged without departing from the scope of the invention. In particular, such an engine can be made in a linear configuration, or in a cylindrical configuration in which the rotors and the stator are of cylindrical shape.
Ce moteur présente l'avantage d'une grande symétrie et de l'optimisation des effets piezoélectriques qui si produisent. En outre, il est possible de fabriquer un moteur modulaire constitué par assemblage d'un ensemble de d'éléments modulaires autocentrés. This engine has the advantage of great symmetry and optimization of the piezoelectric effects that produce. In addition, it is possible to manufacture a modular motor constituted by assembling 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. 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. According to an advantageous embodiment, the stator consists of two annular parts arranged on either side of a coaxial central electrical insulation piece having mechanical characteristics substantially identical to the mechanical characteristics of the annular parts, at least one piezoelectric transducer. being interposed between said insulating piece and each of the annular stator pieces, the motor being further characterized in that it comprises two rotors each bearing on one of the outer surfaces of the stator. This symmetrical support makes it possible to integrate the support functions in the rotor assembly, unlike the known type of engines where the support function is exerted by the output shaft cooperating with the motor housing, whereas in the motors of known type, the bearing function of the rotor on the stator is a function of the accuracy of the manufacture of the housing and the output shaft and their assembly, in the motors according to the invention, this function maintains its performance independently of its assembly in a case.
Selon un mode de réalisation avantageux, le transducteur piezoélectrique est constitué par une pluralité de pastilles découpées dans un film de matériau piezoélectrique. 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. De préférence, les pastilles sont en forme de disques afin de faciliter leur positionnement entre les deux parties annulaires du stator. According to an advantageous embodiment, the piezoelectric transducer is constituted by a plurality of pellets cut from a film of piezoelectric material. By "pellets" are meant separate elements of cylindrical shape, that is to say whose shape corresponds to a volume generated by the movement of a generator along a closed path. Preferably, the pellets are disk-shaped in order to facilitate their positioning between the two annular 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 resting on one of the faces of the stator, said coaxial annular parts being joined by elastic means exerting permanent prestressing.
Avantageusement, les parties rotoriques annulaires coopèrent avec un moyeux central par l'intermédiaire de flasques déformables élastiquement. Advantageously, the annular rotor parts cooperate with a central hub by means of elastically deformable flanges.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins où
- la figure 1, représente une vue en coupe d'une moteur selon l'invention
- la figure 2, représente une vue en coupe d'un moteur à plusieurs étages
- la figure 3, représente une vue en coupe médiane de la disposition des transducteurs piezoélectriques selon une première variante
- la figure 4, représente une vue en coupe médiane de la disposition des transducteurs piezoélectriques selon une deuxième variante.The present invention will be better understood on reading the following description, referring to the drawings where
- Figure 1 shows a sectional view of an engine according to the invention
FIG. 2 represents a sectional view of a multi-stage engine
FIG. 3 represents a view in median section of the arrangement of the piezoelectric transducers according to a first variant
FIG. 4 represents a view in median section of the arrangement of the piezoelectric transducers according to a second variant.
La figure 1 représente une vue en coupe d'un moteur piezoélectrique selon l'invention. Le moteur comporte une partie statorique (1) et une partie rotorique (2) symétriques par rapport à un plan médian (3)
La partie statorique (1) est constituée par deux parties annulaires (4, 5) métalliques, réalisées par exemple en bronze. Ces deux parties statoriques (4, 5) sont disposées de part et d'autre d'une pièce d'isolation (6) centrale, de forme annulaire. 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). Elle est avantageusement réalisée en un matériau composite.FIG. 1 represents a sectional view of a piezoelectric motor according to the invention. The motor comprises a stator part (1) and a rotor part (2) symmetrical with respect to a median plane (3)
The stator part (1) consists of two annular parts (4, 5) made of metal, for example made of bronze. These two stator parts (4, 5) are arranged on either side of a central annular insulation piece (6). This insulating piece (6) is constituted by an electrically insulating washer, having mechanical characteristics, and in particular a Young's constant corresponding substantially to the mechanical characteristics, and in particular to the Young's constant, of the metallic material constituting the stator parts (4). , 5). 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). La tension électrique est appliquée entre les pièces statoriques (4, 5) constituant la masse et des électrodes d'excitation (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. Un mode de réalisation sera décrit de façon plus détaillée ciaprès.Two piezoelectric transducers respectively (7, 8) are arranged on either side of the insulating piece (6), between the surface of said insulating piece (6) and the lower surface of the stator parts (4, 5). ). The electrical voltage is applied between the stator parts (4, 5) constituting the ground and excitation electrodes (9, 10)
The piezoelectric transducers (9, 10) are made, depending on the size of the motor, in the form of a ceramic film of a thickness calibrated according to the dimensions of the motor or in the form of rings or ceramic pellets. An embodiment will be 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. Les pièces rotoriques sont réalisées en un métal déformable élastiquement. 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). Les gorges (17, 17') présentent un méplat latéral pour le positionnement angulaire des deux parties discales (13, 15). The rotor (2) is constituted by a central hub (12) of cylindrical shape and by two rotor parts respectively formed by a disc portion (13) extending by an annular bearing portion (14) for the first rotor part, and by a disc portion (15) extending by an annular bearing portion (16) for the second rotor part. The rotor parts are made of an elastically deformable metal. The hub (12) has two grooves (17, 17 ') for positioning and assembling the stator parts via their disc portion (13, 15). The grooves (17, 17 ') have a lateral flat for the angular positioning of the two disc parts (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. 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. Cette pression s'exerce indépendamment de tout assemblage des rotors et du stator dans un boîtier ou sur un axe. The spacing e of the grooves (17, 17 ') of the means (12) is determined so that the distance between the friction surfaces (19, 20) of the annular contact portions (14, 16) provided with their material anti-friction (21, 22) are smaller than the thickness of the stator part. 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 exert on the stator part (1) a permanent pressure. This pressure is exerted independently of any assembly of the rotors and the stator in a housing or on an axis.
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 therefore be easily associated with a coupling axis, 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 parts and the rotor parts, an intermediate hub (25) which can be arranged coaxially with 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 insulation part extending beyond the stator parts (1).
Le prolongement radial (23) présente, de préférence, un méplat assurant le positionnement angulaire par rapport au boîtier (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 radial extension (23) preferably has a flat portion providing angular positioning relative to the housing (24). The connection between the housing (24) and the insulation piece is carried out by any known means, for example by screwing, riveting, or simply by wedging into 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. 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. The characteristics of all the modular elements make it possible to consider them as modules that can be combined to form a complete range of modular motors. Such a solution is shown in FIG. 2. The motors presented in FIG. 2 are constituted by four modular element systems (30, 31, 32, 33), each of which corresponds to the device described in FIG.
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. Le blocage axial s'effectue par l'intermédiaire de l'extrémité inférieure de la bordure annulaire (41) de la partie intermédiaire suivante. 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. The outer housing is constituted by two end pieces (34, 35), and four intermediate parts (36 to 39) having a central cavity (40) for positioning the radial extension (23) of the insulation material of each engines. The axial locking is effected via the lower end of the annular edge (41) of the next intermediate part. A perfectly modular motorized device is thus produced, making it possible, from a reduced number of standard elements, to modify and adapt the engine performance to the need of 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. 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. Ces pièces intermédiaires (36 à 39) présentent donc une forme annulaire à deux étapes superposés de sections différentes. L'épaulement (40) résultant du changement de section permet le maintien du prolongement radial (23) du matériau d'isolation (9). The assembly of the multi-stage motor is carried out by known means, for example by a screw passing through all the intermediate parts (36 to 39), or by clipping. In the latter case, each of the intermediate parts has at its upper end a groove (42) cooperating with a complementary rib (43) adapted to snap into said groove by elastic deformation of the annular flange (41) when an axial pressure is exercised between two consecutive intermediate parts. These intermediate pieces (36 to 39) therefore have an annular shape with two superimposed steps of different sections. The shoulder (40) resulting from the change of section allows the maintenance of the radial extension (23) of the insulation 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. Le blocage axial est réalisé par le rebord annulaire (41) de la pièce intermédiaire suivante. Advantageously, the shape of the stage of larger section is not cylindrical, but has a clean flat to prevent rotation of the motor which is inserted in the intermediate part considered. The axial locking is achieved by the annular rim (41) of the next intermediate piece.
L'axe d'entraînement unique (44) est couplé aux moyeux centraux de chacun des rotors des éléments moteurs (30 à 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. 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 single drive shaft (44) is coupled to the central hubs of each of the rotors of the drive members (30 to 33). It has a boss (45) corresponding to a flat part (46) complementary provided on said hubs of the rotors, and adapted to ensure the drive of the rotors. The axial positioning is carried out by any known means, for example by rings limiting the axial race, or by lateral grooves corresponding to complementary ribs provided on the inner surface of the hubs and ensuring 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 motor elements that can thus be coupled is not limited, and allows for a complete range of graduated power motors, from identical motor elements manufactured industrially in large series.
La figure 3 représente un premier mode de disposition des transducteurs piezoélectriques réalisés sous forme de pastilles de forme cylindriques. Les pastilles sont collées de façon à présenter des polarités alternées. FIG. 3 represents a first mode of arrangement of the piezoelectric transducers made in the form of pellets of cylindrical shape. The pellets are glued to have alternate polarities.
Selon ce mode de disposition, le nombre P de pastilles correspond à:
P = 2 (n - 1)
où n désigne le rang du mode de vibration.According to this arrangement mode, the number P of pellets corresponds to:
P = 2 (n - 1)
where n denotes 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.
<tb><Tb>
n <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP>
<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> P2 <SEP> 135 <SEP> 101,25 <SEP> 81 <SEP> . <SEP> 67,5 <SEP> 57,9 <SEP> 50,65 <SEP> 45 <SEP> 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> P4 <SEP> 153 <SEP> 127,5 <SEP> 109,3 <SEP> 95 <SEP> 65 <SEP> 85 <SEP> 76,5
<tb> P <SEP> 157 <SEP> 5 <SEP> 135 <SEP> 0 <SEP> 118,15 <SEP> 105 <SEP> 94,5
<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> P8 <SEP> ==== <SEP> <SEP> 165 <SEP> 148,5
<tb> P9 <SEP> 166,5
<tb>
L'écart angulaire entre deux pastilles consécutives et donc de polarité opposée, correspond à une demi longueur d'onde. 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.n <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP>
<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> P2 <SEP> 135 <SEP> 101.25 <SEP> 81 <SEP>. <SEP> 67.5 <SEP> 57.9 <SEP> 50.65 <SEP> 45 <SEP> 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> P4 <SEP> 153 <SEP> 127.5 <SEP> 109.3 <SEP> 95 <SEP> 65 <SEP> 85 <SEP> 76.5
<tb> P <SEP> 157 <SEP> 5 <SEP> 135 <SEP> 0 <SEP> 118.15 <SEP> 105 <SEP> 94.5
<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> P8 <SEP> ==== <SEP><SEP> 165 <SEP> 148.5
<tb> P9 <SEP> 166.5
<Tb>
The angular difference between two consecutive pellets and therefore of opposite polarity corresponds to half a wavelength. By wavelength is meant the period of stationary mechanical deformation waves generated in the structure constituted by the stator, the piezoelectric pellets (64 to 79) and the adhesive joint.
Les pastilles sont réparties en deux séries, respectivement (64 à 71) et (72 à 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. Par zone morte, on entend une zone de la surface du rotor sur laquelle ne peut être appliquée aucune pastille piezoélectrique. The pellets are divided into two series, respectively (64 to 71) and (72 to 79). Between these two series of pellets is a first dead zone (80) with an angular aperture corresponding to three quarters of a wavelength, and a second dead zone (81) with an angular aperture of a quarter of a wavelength. 'wave. By dead zone is meant an area of the rotor surface on which no piezoelectric pellet can be applied.
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. Le rotor constitue la masse, et donc l'autre électrode. The first series of pads (64 to 71) is excited by a conductive electrode (82) for applying to each of the pads (64 to 71) an electric field. The rotor constitutes the mass, and therefore the other electrode.
Une tension sinusoïdale de type UsinO)t est appliquée à cette électrode (82). A sinusoidal voltage UsinO) type 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. 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 second series of piezoelectric pellets (62 to 79) is excited by a second metal electrode (83) powered by a voltage Ucosot, and phase shifted by a quarter of a wavelength. The sinusoidal voltages applied to each of the electrodes (82, 83) cause the bending vibrations of each of the electrodes (64 to 79) under phase conditions suitable for exciting the rotor by resonance and for generating two stationary waves, the resultant of which results in to a progressive wave resulting in the surface movements suitable for driving the rotor.
La figure 4 illustre un deuxième mode de disposition des pastilles piezoélectriques. Figure 4 illustrates a second mode of arrangement of the 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 mode of arrangement, the pellets are arranged so as to present alternately two polarized elements in a first direction, then two polarized elements in an opposite direction.
Selon ce deuxième mode de disposition, le nombre P de pastilles correspond à:
P = 4n
où n désigne le rang du mode de vibration.According to this second disposition mode, the number P of pellets corresponds to:
P = 4n
where n denotes 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. Chacune des pastilles supporte à sa surface opposée à celle du rotor une pastille conductrice alimentée par une tension sinusoïdale. Unlike the positioning mode described in FIG. 3, where each of the series of electrodes is excited by an electrode (82, 83) substantially covering a semicircle, the piezoelectric pellets, in this second embodiment, are individually excited. Each of the pads supports on its surface opposite to that of the rotor a conductive pad fed by a sinusoidal voltage.
La répartition des pastilles à la surface du rotor correspond à une succession de motifs où:
- la première pastille du motif est polarisée dans une première direction et est alimentée par une tension de type UsincOt
- la deuxième pastille du motif est polarisée dans la même première direction et est alimentée par une tension de 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
- la quatrième pastille du motif est polarisée dans la seconde direction et est alimentée par une tension de type UcosOt. The distribution of the pellets on the surface of the rotor corresponds to a succession of patterns where:
the first patch of the pattern is polarized in a first direction and is powered by a UsincOt type voltage
the second pellet of the pattern is polarized in the same first direction and is powered by a Ucosa voltage) t
the third pellet of the pattern is polarized in a second direction opposite to the first direction and is powered by a UsinO voltage) t
the fourth pellet of the pattern is polarized in the second direction and is powered by a voltage of UcosOt type.
Ce motif se répète n fois; n désignant le rang du mode de vibration. Deux pastilles consécutives sont distantes angulairement d'un quart de longueur d'onde. This motive is repeated n times; n denoting the rank of the vibration mode. Two consecutive pellets are angularly apart by a quarter of a 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. Ce deuxième mode de positionnement des pastilles présente l'avantage d'une plus grande symétrie, ce qui permet de réduire les harmoniques parasites. As before, two stationary vibration waves are produced, the superposition of which generates a progressive wave causing the surface movements driving the rotor. This second method of positioning the pellets has the advantage of greater symmetry, which reduces parasitic 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 in a bar of ceramic material or in a piezoelectric film, such piezoelectric films are in particular polyvinylidene fluoride films.
Leur épaisseur est comprise entre une dizaine de microns et un millimètre.Their thickness is between 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 foregoing by way of non-limiting example, it is understood that the skilled person will be able to achieve many variants, without departing from the scope of the invention.
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