FR2740922A1

FR2740922A1 - Actionneur piezo-electrique

Info

Publication number: FR2740922A1
Application number: FR9613500A
Authority: FR
Inventors: Peter Janker; Frank Hermle
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1995-11-07
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1997-05-09
Anticipated expiration: 2016-11-06
Also published as: GB2307100A; US5811911A; FR2740922B1; DE19644161A1; GB9623172D0; GB2307100B; DE19644161C2

Abstract

Actionneur piézo-électrique composé d'au moins deux éléments de flexion (1, 2) congruents, en forme de disques, présentant chacun une plaque-support (1.1; 1.2) en un matériau élastique dur avec une couche (2.11, 2.12; 2.21, 2.22) en matériau piézo-électrique, appliquée sur une face ou sur les deux faces de la plaque-support. Chaque fois deux éléments de flexion (1, 2) sont reliés entre eux par au moins deux articulations de flexion (3.21, 3.22; 3.41, 3.42; 4.2, 4.4) disposées sur le pourtour des plaques-supports (1. 1, 1.2). Application, par exemple à la commande de valves.

Description

ACTIONNEUR PIEZO-ELECTRIOUE

L'invention se rapporte à un actionneur piézo-

électrique composé d'au moins deux éléments de flexion en forme de disques, disposés coaxialement l'un au-dessus de l'autre, chacun de ces éléments comprenant une plaque- support en un matériau élastique dur avec une couche de matériau piézo-électrique appliquée sur une face ou sur les

deux faces de cette plaque.

Pour la transmission forces à l'aide de tels actionneurs, il est nécessaire de prévoir un appui des éléments de flexion sur le bord, un encastrement rigide du bord, par exemple dans un cadre, n'étant pas possible dans le cas de courses importantes, du fait du raccourcissement radial que l'élément de flexion subit dans ce cas. Pour cette raison, par exemple suivant le document DD 287 813 A5, on relie chaque fois deux éléments de flexion de courbures opposées en passant par une bagueentretoise sur laquelle les différents éléments de flexion reposent sans fixation radiale. Un tel élément de flexion à deux disques ne peut cependant exercer que des forces de poussée et non pas des forces de traction. C'est la raison pour laquelle, suivant le document précité, plusieurs éléments de flexion à deux disques de ce type sont réunis dans un boîtier de telle manière qu'en cas d'application d'une tension, une moitié des éléments de flexion travaille à l'encontre de l'autre moitié des éléments de flexion auxquels la tension n'est pas appliquée; cela permet d'exercer des forces de traction et de poussée, mais la moitié seulement des éléments de flexion est utilisée à chaque fois pour la

production d'une force.

Le but de la présente invention est de réaliser un actionneur piézoélectrique du type défini ci-dessus de manière qu'il soit capable d'exercer de la même manière des forces de poussée et de traction, qu'il soit le plus rigide possible en lui-même et exempt de jeu et puisse être

utilisé en tant qu'élément de liaison axial.

Ce but est atteint, selon l'invention, dans le cas d'un actionneur piézo-électrique du type défini en préambule, par le fait que deux éléments de flexion sont chaque fois reliés entre eux en passant par au moins deux articulations de flexion disposées sur le pourtour des plaques-supports. Un tel actionneur composé de deux éléments de flexion congruents en forme de disques est à même de produire aussi bien des forces de traction que des forces de poussée et est également si rigide dans la direction axiale qu'il puisse être utilisé en tant qu'élément de liaison. La transmission des forces s'effectue sur une ligne, à savoir suivant l'axe central des deux éléments de flexion. La liaison entre les zones des bords des éléments de flexion s'effectue par des articulations de flexion de sorte qu'en cas de commande simultanée des deux éléments de flexion et en cas de courses axiales égales, les zones des bords exécutent le même mouvement radial, de sorte que malgré la liaison axialement rigide des deux disques, il ne

se produit pas de contrainte radiale.

De préférence, une articulation de flexion présente au moins une poutre de flexion et une pièce d'espacement rigide essentiellement perpendiculaire à cette poutre. Dans le cadre de l'invention, une poutre de flexion peut être constituée par un prolongement latéral de la plaque- support. La poutre de flexion peut avantageusement présenter

un oeil de fixation pour la pièce d'espacement.

De préférence, la poutre de flexion peut être dimensionnée en fonction de la relation (b = F13/nxsEh3), o b, 1, h et E sont les largeur, longueur, hauteur et module d'élasticité de la poutre de flexion, F est la force nominale de l'actionneur, XS est la déformation d'une poutre de flexion pour la course nominale x de l'actionneur, avec xs < 0, 2 x, et n est le nombre des articulations de flexion entre deux

éléments de flexion.

L'invention sera décrite ci-après plus en détail avec référence aux figures annexées qui représentent schématiquement plusieurs exemples de réalisation; sur les dessins: les figures la et lb représentent l'une en coupe axiale et l'autre en plan la structure schématique d'un actionneur à deux disques, les figures 2a et 2b représentent la réalisation

constructive d'un actionneur à deux disques.

L'actionneur à deux disques illustré sur les

figures la et lb comprend essentiellement deux plaques-

supports 1.1 et 1.2 opposées, congruentes, par exemple en tôle d'acier, sur lesquelles des couches piézo-électriques 2.11, 2.12 et 2.21, 2.22 sont respectivement appliquées sur les deux faces. Les plaques- supports 1.1 et 1.2 peuvent, comme représenté, être circulaires ou également présenter d'autres formes et comportent chacune quatre poutres de flexion 3.11, 3.21, 3.31, 3.41 et 3.12, 3.22, 3.32, 3.42 réparties symétriquement sur le pourtour et dépassant le bord radialement, ces poutres étant reliées deux à deux rigidement par des entretoises axiales 4.1 à 4.4. Au lieu d'être reliées par les entretoises, les poutres de flexion peuvent également être préformées de manière à établir une distance entre les éléments de flexion, et être directement reliées rigidement entre elles aux extrémités libres. Les poutres de flexion 3. 11 à 3.42 présentent toutes une même hauteur h, une même largeur b et une même longueur 1. Pour une course nominale x de l'actionneur dans son ensemble, chaque élément de flexion 1 ou 2 exécute la course 1/2x, chaque poutre de flexion 3.11 à 3.42 se déformant d'une amplitude (course) x5. La transmission ou reprise de la force F s'effectue par des tiges de poussée ou de traction

5.1, 5.2 qui sont disposées sur l'axe central des plaques-

supports 1.1, 1.2 et sont fixées à ces dernières. Pour un module d'élasticité E du matériau des poutres de flexion, les différentes poutres de flexion sont dimensionnées selon la relation Fl3

b = --

nxsEh3 o n désigne le nombre des liaisons articulées, donc n = 4

dans le cas représenté.

Dans l'exemple de réalisation concret d'un actionneur à deux disques, illustré en coupe axiale sur la figure 2a, deux éléments de flexion 21, 22 sont composés de plaques-supports 21.1, 21.2 revêtues sur les deux faces de matériau piézo-électrique avec établissement approprié des contacts, et deux tronçons de tube 25.1, 25.2 sont disposés au centre des éléments de flexion 21, 22 et reliés à ces derniers par une liaison à serrage par vis. Ces tronçons tubulaires 25.1 et 25.2 sont situés sur un axe commun M et permettent ainsi d'utiliser l'actionneur en tant qu'élément de liaison entre deux parties mobiles en translation l'une par rapport à l'autre, par exemple un corps de valve et une plaque d'étanchéité dégageant et obturant une ouverture. Pour la réalisation d'articulations de flexion, comme représenté sur la figure 2b, chaque plaque-support 21.1 ou 22.1 des éléments de flexion 21, 22 présente douze oeillets de fixation 21.11, 21.12,... 22.11,... répartis uniformément sur le pourtour et reliés par des entretoises

de liaison 23.11, 23.12,... 23.21,... aux plaques-

supports 21.1, 22.1. Les oeillets de fixation et les entretoises de liaison sont de préférence constitués par le même matériau que les plaques-supports et peuvent être par

exemple formés par découpage ou estampage dans un disque.

Les deux éléments de flexion 21 et 22 sont reliés rigidement entre eux en passant par les oeillets de fixation 21.11, 21.12,... 22.11,..., et des douilles d'espacement 24.11,..., par des liaisons de serrage par

vis. De cette manière, on obtient un actionneur piézo-

électrique de faible poids, de faible volume, ayant une capacité de travail élevée en traction et en poussée, des temps de réaction courts et une faible consommation d'énergie. Pour augmenter la course nominale ou la force nominale, il est possible de disposer et de monter en série

ou en parallèle plusieurs actionneurs de ce type.

Claims

REVENDICATIONS

1. Actionneur piézo-électrique comprenant au moins deux éléments de flexion (1; 2) en forme de disques, disposés coaxialement l'un au-dessus de l'autre et présentant chacun une plaque-support (1. 1; 1.2) en un matériau élastique dur avec une couche (2.11, 2.12; 2.21, 2.22) en matériau piézo-électrique, appliquée sur une face ou sur les deux faces de la plaque-support, caractérisé par le fait que deux éléments de flexion (1; 2) sont chaque fois reliés entre eux en passant par au moins deux articulations de flexion (3.11, 3.12, 4.1; 3.21, 3.22, 4.2;...) disposées sur le pourtour des plaques-supports

(1.1; 1.2).

2. Actionneur piézo-électrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une articulation de flexion présente au moins une poutre de flexion (3.11, 3.12) et une entretoise (4.1) rigide,

essentiellement perpendiculaire à ladite poutre.

3. Actionneur piézo-électrique suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'une poutre de flexion (3.11 à 3.42) est formée par un prolongement

latéral de la plaque-support (1.1; 1.2).

4. Actionneur piézo-électrique suivant l'une

quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le

fait que la poutre de flexion (23.11, 23.12,...) présente un oeillet de fixation (21.11, 21.12,...) pour une pièce

d'espacement (24.11,...).

5. Actionneur piézo-électrique suivant l'une

quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le

fait que la poutre de flexion est dimensionnée suivant la relation F13

b =---

nxsEh3 o b, 1, h et E sont les largeur, longueur, hauteur et module d'élasticité de la poutre de flexion, F est la force nominale de l'actionneur, xs est la déformation d'une poutre de flexion pour une5 course nominale x de l'actionneur, avec xs < O,2x, et n est le nombre des articulations de flexion entre deux

éléments de flexion.