FR3077443A1

FR3077443A1 - Moteur piezoelectrique a onde progressive avec capteur de couple integre

Info

Publication number: FR3077443A1
Application number: FR1800101A
Authority: FR
Inventors: Jean Denis Sauzade; Florian Gourlay; Vincent Rigolet
Original assignee: TELEMAQ
Current assignee: TELEMAQ
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2019-08-02
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: FR3077443B1

Abstract

Moteur piézoélectrique ou ultrasonore à onde progressive comportant un capteur de couple et un capteur de vitesse et de position permettant de contrôler le fonctionnement du moteur de manière simple, souple et bon marché. La présente invention décrit la structure d'un moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion comportant un capteur de couple intégré dans le support mécanique du moteur. La présente invention décrit un moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion dans un stator vibrant (1) constitué d'un élément piézoélectrique annulaire (2), d'un rotor (3) ainsi que d'un support mécanique (11) comportant un corps d'épreuve (12) dans lequel est intégré un capteur d'effort mécanique (7) permettant de mesurer le couple résistant du dit moteur piézoélectrique. Le moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion suivant l'invention est particulièrement destiné aux applications de robotique et d'interfaces haptiques utilisant l'information par retour d'effort.

Description

La présente invention concerne un capteur de couple intégré dans la structure d’un moteur piézoélectrique (ou ultrasonore) à onde progressive de flexion permettant une mesure du couple résistant (ou couple de freinage) exercé sur l’arbre du moteur. Plus particulièrement, l’invention concerne un capteur de couple placé dans la structure d’un moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion afin de faciliter le pilotage du moteur pour des applications de robotique et d’interfaces haptiques utilisant l’information par retour d’effort.

Les moteurs piézoélectriques ou ultrasonores (« ultrasoniques » est aussi employé) sont des moteurs soit rotatifs soit linéaires qui utilisent la vibration d’une structure pour générer des déplacements de l’ordre du micron pour déplacer un rotor ou un curseur. Sur ce principe, il existe des centaines d’architectures, brevetées ou non, permettant de générer ces déplacements rtiicroniques. Le corps vibrant (par analogie, il est nommé le stator vibrant) est mis en vibration par des éléments piézoélectriques ou électrostrictifs qui sont, en général, des céramiques piézoélectriques polarisées. Plus particulièrement, l’usage de céramiques piézoélectriques de type PZT est privilégié pour des raisons de coût ou d’efficacité. D’autres matériaux piézoélectriques comme les plastiques piézoélectriques (PVDF), les quartz ou les monocristaux pourraient être utilisés. Malgré la grande diversité d’architecture des moteurs piézoélectriques ou ultrasonores, ceux-ci se caractérisent par deux conversions d’énergie : une première conversion d’énergie électrique en énergie mécanique (conversion piézoélectrique) et une conversion tribologique (entrainement par friction). De manière schématique, les moteurs piézoélectriques peuvent se diviser en trois catégories : les moteurs fonctionnant à la résonance, les moteurs hors résonance (quasi-statique) et les moteurs à inertie (hors résonance). La présente invention concerne plus particulièrement les moteurs fonctionnant à la résonance d’un mode propre de la structure et plus spécifiquement les moteurs piézoélectrique à onde progressive de flexion.

Les moteurs piézoélectriques ou ultrasonores à onde progressive de flexion consistent à générer deux ondes de flexion dans un stator vibrant annulaire déphasées en quadrature dans le temps et l’espace. Ces ondes stationnaires déphasées dans le temps (π/2) et dans l’espace (un quart de longueur d’onde) se recombinent pour générer dans le stator vibrant annulaire une onde progressive de flexion dotée d’une célérité de propagation. Lorsque la propagation de flexion passe dans une section du stator vibrant annulaire, un mouvement elliptique est créé en surface du stator vibrant. Ce mouvement elliptique qui est de l’ordre de quelques microns, est transformé en mouvement rotatif ou linaire respectivement par un rotor ou un curseur pressé mécaniquement sur la surface du stator vibrant. Ce mécanisme est particulièrement bien décrit dans le brevet « Motor device utilizing ultrasonic oscillation» US 4 562 374A (1985) qui est à l’origine de l’invention des moteurs à onde progressive. Suite à cette invention, ces moteurs ont généré une quantité importante de brevets et une grande activité inventive permettant de combiner ce type de moteurs avec différentes applications. Plusieurs dizaines d’années après leur invention, force est de constater que ces moteurs ont donné lieu à peu d’applications industrielles. Les applications les plus pertinentes étant celles relatives au contrôle de l’autofocus d’appareils photo. Ce type de moteur étant basé sur un principe physique très différent du moteur électromagnétique, il en résulte des propriétés très particulières. Les caractéristiques principales sont les suivantes :

• Légèreté et faible encombrement (puissance massique élevée) • Fort couple à faible vitesse et sans réducteur (grande précision) • Couple de maintien sans alimentation (frein intégré) • Pas de perturbations électromagnétiques • Silencieux et sans vibration • Conception flexible qui peut s’intégrer au cœur même des mécanismes • Grande précision due à l’absence de « pas » (haute résolution) • Temps de réponse mécanique très faible < 1ms • Large gamme de températures opérationnelles

Ces caractéristiques particulières peuvent être déterminantes pour des applications ou des petits moteurs sont exigés. Ce type de moteurs est limité en puissance par exemple de quelques dizaines de mW jusqu’à une vingtaine de watts. Cependant ces propriétés peuvent être recherchées pour des fonctions de verrouillage/déverrouillage, de réglage, de contrôle de flux lumineux, de contrôle de systèmes optomécaniques ou optroniques, de petits bras manipulateurs, de robotique légère (chirurgicale ou d’imagerie en particulier par résonance magnétique nucléaire), des électrovannes, des mini pompes ou des mécanismes de positionnement très précis (hexapode, table XY...)

Toutes ces applications requièrent des informations sur la vitesse, la position de l’axe du moteur et/ou le couple résistant exercé sur l’arbre du moteur. Dans le cas des moteurs électromagnétiques (moteurs à courant continu, les moteurs « pas à pas », les moteurs-couple, les servomoteurs...), les utilisateurs ont à leur disposition de nombreux outils pour réaliser le contrôle-commande de leur moteurs. En particulier, les moteurs « pas à pas » permettent d’avoir accès à la position sans capteur supplémentaire et des algorithmes bien connus facilitent le contrôle en vitesse. Par ailleurs, les servomoteurs n’ont pas besoin de capteurs pour être contrôlés en couple ou en effort. La valeur du couple ou des efforts exercés sur l’arbre du moteur sont donnés par l’image du courant électrique absorbé par le moteur.

L’état de la technique concernant le pilotage des moteurs et des actionneurs piézoélectriques reste un point difficile pour les utilisateurs et un inconvénient majeur dans leur utilisation.

En effet, les acteurs sur le marché proposent des boîtiers de contrôle très coûteux, complexes et volumineux pour des applications de haute précision (positionnement micrométrique ou nanométrique) utilisant des jauges de contraintes sur des éléments piézoélectriques. Nous pouvons citer sans être exhaustif, des sociétés comme Physik Instruments, Noliac, Nanomotion. Cependant, précisons qu’il ne s’agit pas de moteurs à onde progressive mais des actionneurs linéaires ou de type « stack » et sont donc en dehors du champ de la présente invention. Dans le cas des moteurs piézoélectriques ou ultrasonores à onde progressive de flexion, les capteurs so.nt externes et rendent difficiles et coûteux le pilotage de ce type de moteurs. A notre connaissance, seules deux sociétés Japonaises fabriquent ce type de moteurs : Shinsei Corp et Fukoku. Cette difficulté de pilotage des moteurs piézoélectriques ou ultrasonores à onde progressive de flexion se traduit par un désintérêt des utilisateurs dans les applications industrielles et réduit fortement leur pénétration dans l’industrie.

Pour pallier ces inconvénients majeurs liés aux difficultés de pilotage des moteurs piézoélectriques à onde progressive de flexion, la présente invention décrit un capteur de couple intégré dans la structure même du moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion. Ce capteur d’effort mécanique permet de piloter le moteur en couple à travers une carte de pilotage ou via une carte électronique de contrôlé/commande qui met à disposition de l’utilisateur les entrées/sorties du capteur. La présente invention a l’avantage de proposer à l’utilisateur un moteur avec le capteur de couple totalement intégré dans le même boîtier avec un fort gain de place, de masse et de coût. Combiné à un capteur de vitesse/position, la présente invention est très utile pour les applications, par exemple de contrôle de boules gyrostabilisées, de systèmes optroniques, de chirurgie micro invasive avec retour d’effort ou plus généralement des applications de robotique avec retour d’effort, de manipulateurs avec une interface haptique, de robots humanoïdes avec des articulations instrumentées, d’actionneurs de contrôle actif de vibration...Cette liste n’est pas exhaustive et toute application utilisant des actionneurs et des capteurs peut être concernée par la présente invention.

La présente invention concerne un moteur piézoélectrique ou ultrasonore à onde progressive de flexion comportant un capteur de couple caractérisé par un corps d’épreuve et un capteur d’effort mécanique intégrés dans le support mécanique du stator vibrant tel que défini dans la revendication principale. Les moteurs piézoélectriques à onde progressive de flexion sont composés de quatre parties principales : le support mécanique, l’élément piézoélectrique, le stator vibrant et le rotor. L’élément piézoélectrique, préférentiellement une céramique piézoélectrique annulaire de type PZT (Titanate Zirconate de Plomb) est couplé mécaniquement et acoustiquement· au stator vibrant. Ce couplage s’effectue préférentiellement par collage. L’élément piézoélectrique annulaire est polarisé et alimenté de telle manière qu’une onde progressive de flexion est générée dans le stator vibrant. Les fréquences d’excitation de ce type de moteur piézoélectrique à onde progressive dépendent de la géométrie et des matériaux du stator vibrant. En général, on définit une gamme de fréquences audessus de la bande audio de l’homme soit, par exemple entre 20 kHz et 50 kHz. La flexion du stator vibrant se traduit par un mouvement elliptique en surface du stator vibrant. Le rotor est pressé sur la surface du stator afin d’être entraîné par ce mouvement elliptique. Une force axiale est appliquée sur le rotor afin que la force de friction, gouvernée par la loi de Coulomb entraîne le rotor. Le principe de ce type de moteur à onde progressive est décrit précisément par le brevet US 4 562 374 A (1985). L’entraînement par friction du rotor (ou curseur) sur le stator est une caractéristique fondamentale des moteurs piézoélectriques. Il en résulte que les moteurs piézoélectriques à onde progressive présentent un couple d’arrêt lorsque le moteur n’est pas alimenté électriquement. Ce couple d’arrêt est supérieur au couple maximum atteint par le moteur à vitesse nulle. Lorsque le moteur est en fonctionnement, le rotor suivant le principe d’action/réaction, génère dans le stator un effort. Ce couple exercé dans le stator est l’image du couple résistant généré par la charge sur l’axe du moteur (que le moteur soit en fonctionnement ou à l’arrêt). Le stator, fixé mécaniquement et rigidement sur un support mécanique, crée donc un couple ou une force de réaction dans ce support mécanique. La présente invention consiste à utiliser une ou plusieurs zones de déformation du support mécanique sur lesquelles s’exerce cette force ou ce couple de réaction pour mesurer la valeur de ce couple qui est l’image exacte du couple résistant du moteur. La ou les zones de déformation du support mécanique constituent un corps d’épreuve associé à un capteur d’effort mécanique.

Dans un autre mode de réalisation, le corps d’épreuve constitué de plusieurs éléments déformables est fixé mécaniquement dans le support mécanique.

Les dessins annexés illustrent l’invention. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Pour faciliter la lecture des dessins, les mêmes éléments portent les mêmes références d'une figure à l'autre.

La figure 1 présente un éclaté d’un moteur piézoélectrique réduit aux trois éléments principaux du moteur, suivant l’état de l’art antérieur. On retrouve dans cet éclaté la structure d’un moteur piézoélectrique telle que définie par le brevet US 4 562 374A (1985). La figure 2 présente un éclaté du même moteur qui comporte un capteur de vitesse/position. La figure 3 présente un éclaté du même type de moteur comportant un capteur de couple suivant un mode particulier de l’invention. La figure 4 présente un éclaté d’une structure de moteur comprenant un capteur de vitesse et un capteur de couple suivant l’invention. La figure 5 présente une vue isométrique du support mécanique, suivant un mode particulier de l’invention avec la zone de déformation comme étant le corps d’épreuve. La figure 6 représente le même support mécanique suivant une vue de dessus. La figure 7 illustre un mode particulier de l’invention présentant un support mécanique du moteur qui comporte un corps d’épreuve dans lequel est intégré un capteur d’effort. La figure 8 représente un autre mode particulier de l’invention ou le corps d’épreuve dans lequel sont intégrés deux capteurs d’effort, l’ensemble constituant un mode de mesure du couple résistant du moteur suivant l’invention.

La figure 1 fait référence à une structure d’un moteur à onde progressive de flexion suivant l’état de l’art antérieur sans capteurs de vitesse/position et sans capteur de couple. La céramique piézoélectrique (2) est préférentiellement collée sur le stator vibrant (1) et le rotor (3) est pressé mécaniquement sur le stator vibrant (1) par une force axiale. Préférentiellement, la céramique piézoélectrique est annulaire mais peut, dans d’autres modes de réalisation être constituée de plusieurs céramiques disposées de manière adéquate. La figure 2 montre un mode particulier de réalisation d’un codeur optique dans la structure du moteur. L’intégration d’un capteur de vitesse et de position dans une structure d’un moteur piézoélectrique à onde progressive peut se réaliser de différentes manières. De manière générale, les capteurs de vitesse/position sont soit des capteurs électromagnétiques, par exemple à effet Hall, soit des capteurs optiques. Les capteurs électromagnétiques utilisent un élément sensible à la déformation d’un champ magnétique généré par des aimants permanents qui sont portés par la partie en mouvement (axe, rotor ou curseur). L’aimant permanent peut être constitué d’un simple aimant ou d’un élément comportant un champ magnétique rémanent. Ces éléments sont composés de matériaux ferroélectriques contenant par exemple des Lanthanides (terres rares) qui peuvent être moulés par exemple dans des polymères de manière à réaliser des bagues placées autour de l’axe du moteur ou sur le rotor lui-même. Ce type de capteurs peut être miniaturisé et placé dans la structure d’un moteur piézoélectrique. Les éléments comportant une rémanence du champ magnétique sont placés sur les parties tournantes car elles n’ont pas besoin de connectique d’alimentation et l’élément électronique sensible est placé soit sur le stator vibrant soit sur le support mécanique (11) du moteur ou sur le boîtier (8). Ces capteurs ont l’avantage d’avoir une résolution quasi nulle (la plus petite variation de position de la partie tournante décelable par le capteur) car ces capteurs sont analogiques. Cette très petite résolution conduit à des capteurs vitesse/position de haute précision (non limitée par la résolution d’un capteur digital). Un des inconvénients de cette technologie est l’intégration de l’élément rémanent sur les parties tournantes et leur sensibilité aux champs magnétiques. La figure 2 montre un mode de réalisation préférentiel d’un capteur optique intégré dans la structure du moteur piézoélectrique. Le capteur optique ou codeur optique comprend une mire (4) constituée d’un disque de très faible épaisseur par exemple 200pm en Polyester nickelé sur lequel sont gravés des traits. Dans ce cas, le codeur fonctionne par réflexion. D’autres types de codeurs, fonctionnant avec des mires de fabrication différentes ou par transmission peuvent être utilisés et mis en œuvre par l’homme de l’art. Cette mire peut être métallique, en plastique mais aussi en verre en fonction du coût, de la stabilité en température ou de la précision. La résolution du capteur optique dépend de la finesse de ces traits et du « pas » entre les traits. Il existe deux types de codeurs optiques. Les codeurs incrémentaux et les codeurs absolus. Les deux types de codeurs peuvent être intégrés dans la structure du moteur mais pour des raisons de coût et d’encombrement, les codeurs incrémentaux sont privilégiés. La mire (4) préférentiellement en Polyester nickelé pour des raisons de coût est fixée par exemple par collage sur le rotor (3). Par ailleurs, l’élément sensible du codeur est un photo-détecteur qui traduit les traits de la mire en signaux électriques digitaux. De manière conventionnelle, ces signaux sont en quadrature ce qui permet d’obtenir la vitesse et le sens de rotation de la mire fixée au rotor. Préférentiellement, la mire comporte un trait spécifique qui permet de compter les tours, de les mémoriser et de fournir la position du rotor. Sur la figure 2, un élément de câblage par exemple un circuit imprimé de faible épaisseur (5) par exemple de 0,2 mm ou un circuit souple en Kapton, permet de porter et de connecter la cellule de photo-détection (6) et son électronique de traitement. Ce circuit imprimé de faible épaisseur (5) est fixé par exemple par collage ou par vissage sur la partie centrale du stator vibrant (1) nommé voile de découplage (10). Cette construction permet ainsi d’obtenir un capteur de vitesse et de position sur le principe d’un codeur optique très compact et complètement intégré et protégé par la structure du moteur piézoélectrique, placé entre le rotor (3) et le stator (1).

La figure 3 montre la structure d’un moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion intégrant un capteur de couple suivant la présente invention. Celle-ci consiste en un moteur piézoélectrique à onde progressive dont le support mécanique (11) du stator vibrant (1) comporte un' corps d’épreuve (12) dans lequel est intégré un capteur d’effort mécanique (7) permettant de mesurer le couple résistant. Pour exercer la force axiale de pression du rotor (3) sur le stator vibrant (1), on utilise soit une action du boîtier (8) sur le rotor à travers un roulement à bille soit directement un effort provenant de l’axe (9) lui-même qui est lié au rotor (3). Dans tous les cas, il est nécessaire que le stator vibrant (1) soit fixé sur un support mécanique (11) ou que le stator vibrant (1) soit lui-même le support mécanique. Cependant, il est nécessaire que l’énergie vibratoire générée dans le stator vibrant (1) ne soit pas amortie lors du fonctionnement du moteur. Pour ce faire, on peut par exemple réaliser un voile de découplage (10) qui permet d’assurer une fixation mécanique du stator vibrant (1) sur le support mécanique (11) sans pour autant perturber la vibration du stator vibrant (1). Le dimensionnement du voile de découplage (10) est un compromis entre sa capacité à transmettre l’effort mécanique de la force de pression du rotor (3) et sa rigidité dynamique qui ne doit pas altérer le comportement vibratoire du stator vibrant (1). Dans ce cas, la rigidité du voile de découplage (10) est telle qu’elle assure la transmission du couple résistant ou couple « moteur » exercé sur l’axe (9). Par effet d’action/réaction des efforts, le support mécanique (11) est soumis à un couple qui est identique au couple résistant exercé sur l’axe (9) du moteur. La présente invention consiste à concevoir et réaliser un corps d’épreuve (12) intégré dans le support mécanique (11). Préférentiellement, ce corps d’épreuve (12) correspond à une ou des zones de déformation privilégiées du support mécanique (11) et peut être obtenu par exemple par usinage mécanique, chimique, par découpe au fil et autre moyens de fabrication connu de l’homme de l’art. Dans un autre mode de réalisation, le corps d’épreuve (12) peut être rapporté et fixé mécaniquement au support mécanique (11) par différents moyens mécaniques par exemple collage, vissage, sous presse ou autres moyens mécaniques connu de l’homme de l’art. Le support mécanique (11) du moteur piézoélectrique à onde progressive, objet de la présente invention, est caractérisé par un corps d’épreuve (12) qui assure la fixation du stator vibrant sans altérer l’énergie vibratoire générée dans le stator vibrant (1) et une déformation mécanique compatible d’un élément sensible à l’effort ou capteur d’effort (7). Une caractéristique de la présente invention est qu’il existe un bon compromis entre une fixation mécanique du stator vibrant (1) telle que l’énergie vibratoire du stator vibrant (1) ne soit pas dissipée et perdue, une rigidité en rotation telle que la précision du rotor (3) en position ne soit pas altérée et que le capteur d’effort (7) possède une sensibilité suffisante. Assurer ces conditions de manière concomitante n’est pas aisé mais peut être résolu par l’homme de l’art aidé par un logiciel de calcul mécanique. Plusieurs structures mécaniques peuvent être mises en œuvre quand le corps d’épreuve (12) est réalisé par exemple par usinage directement dans la masse du support mécanique (11). Dans ce cas, le corps d’épreuve (12) résulte d’une réduction de la rigidité en rotation du support mécanique (11) et de la réalisation de certaines surfaces telles que l’homme de l’art puisse y fixer des jauges d’extensométrie (ou jauge de contrainte). De manière conventionnelle, sous l’action du couple de réaction du corps d’épreuve (12), les jauges d’extensométrie vont donner une information sur la déformation du corps d’épreuve (12). D’autres types de capteurs peuvent être mis en œuvre par exemple les capteurs capacitifs, les capteurs piézoélectriques ou les capteurs piézorésistifs. D’autres moyens de mesure moins directs d’une déformation peuvent être utilisés par l’homme de l’art, en particulier des méthodes optiques ou électromagnétiques (par exemple l’effet Hall). Chacune de ces technologies a ses avantages et ses inconvénients. Cependant, la mesure par jauges d’extensométrie qui est la plus utilisée, est coûteuse car la mise en œuvre de jauges miniatures est complexe. Par ailleurs, la sensibilité des jauges d’extensométrie est telle que la déformation du corps d’épreuve (12) doit être suffisamment grande pour obtenir une bonne sensibilité de la mesure. 11 en résulte un affaiblissement de la rigidité du support mécanique (11) et une perte de précision dans la mesure de position. Pour pallier cet inconvénient, la figure 3 représente un moteur à onde progressive avec un capteur de couple réalisé suivant l’invention qui utilise préférentiellement un capteur piézorésistif. Sous l’effet du couple de réaction, le support mécanique (11) est mis sous contrainte et le corps d’épreuve (12) se déforme. Suivant un mode particulier de la présente invention, la déformation du corps d’épreuve (12) génère un déplacement de l’ordre de quelques microns relatif au support mécanique (11). Cette déformation relative est avantageuse dans la mesure ou elle concilie une grande sensibilité du capteur (7) et une rigidité élevée du support mécanique (11). Dans un mode particulier de l’invention, le capteur de force (7) utilisé dans cette architecture est placé entre le corps d’épreuve (12) et le support mécanique (11). Pae exemple, ce type de capteur résistif (7) est un capteur d’effort utilisant un pont piézorésisitif réalisé par déformation d’un diaphragme de silicium. Conventionnellement, la résistance du pont est modifiée par les déformations issues des contraintes exercées sur le diaphragme. Dans un mode particulier de réalisation illustré par la figure 3, un moteur piézoélectrique à onde progressive dont le stator a un diamètre de 30 mm, permet d’obtenir une vitesse maximale de 250 rpm et un couple maximal de 30 mN.m. Pour un tel moteur, le couple de maintien est de 50 mN.m. Pour ces caractéristiques, un capteur d’effort piézorésistif (7) de type HSFPAR003A de Alps Electric Corp a été, par exemple utilisé. Cette gamme de capteur d’effort a un encombrement très faible favorisant la miniaturisation, une dynamique de mesure jusqu’à 10N, une grande sensibilité (détection de force inférieure à 10 mN), une bonne linéarité et une durée de vie très élevée (plus de lmillion de cycles). D’autres types de capteurs d’effort piézorésistifs peuvent être utilisés par l’homme de l’art comme par exemple des capteurs d’Honeywell de la série FSS par exemple. Il est à noter que le capteur d’effort (7) utilisé comme capteur de couple (ou couplemètre), permet non seulement de contrôler le couple dynamique du moteur piézoélectrique mais aussi son couple statique, le moteur piézoélectrique étant hors alimentation.

L’alimentation et le traitement des signaux provenant du capteur de force ou de couple (7) sont réalisés préférentiellement par une carte électronique (13) intégré dans le moteur à onde progressive. Cependant, dans d’autres modes de réalisation, la carte électronique d’alimentation et de traitement des signaux du capteur de couple (7) peut être placée à l’extérieur du moteur.

La figure 4 montre un éclaté d’un moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion intégrant à la fois des modes de réalisation particulier du capteur de vitesse et de position défini par les éléments (4), (5) et (6) et du capteur d’effort (ou capteur de couple ou couplemètre) défini par les éléments (11), (12), (7) et (13).

Les figures 5 et 6 représentent respectivement une vue isométrique et une vue de dessus d’un mode particulier de réalisation d’un support mécanique (11) et d’un corps d’épreuve (12) taillé dans la masse du support mécanique (11). Ces vues ne montrent pas le capteur d’effort (ou de couple) mais mettent en évidence la vis de précontrainte (14) permettant d’intégrer le capteur d’effort entre le support mécanique (11) et le corps d’épreuve (12).

La figure 7 représente un mode particulier de réalisation du support mécanique (11) et du corps d’épreuve intégrant un seul capteur d’effort (7) qui est précontraint par la vis (14).

La figure 8 représente un mode particulier de réalisation du support mécanique (11) et du corps d’épreuve intégrant deux capteurs d’effort (7) qui sont précontraints respectivement par deux vis (14).

Cette configuration permet une meilleure sensibilité du capteur dans une rotation bidirectionnelle du moteur piézoélectrique.

Ce type de moteur piézoélectrique à onde progressive comportant des capteurs de vitesse/position et des capteurs de couple suivant l’invention sont destinés à des applications très diverses et non exhaustive comme, par exemple le contrôle de chemin optique, les composants optroniques, les manipulateurs avec retour d’effort (interface Haptique), les bras robotiques pour toute application industrielle ou médicale, le contrôle actif de vibration, les mini pompes de fluide, les électrovannes...

Claims

Revendications

1. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion dans un stator vibrant (1) constitué d’un élément piézoélectrique (2), d’un rotor (3) caractérisé en ce qu’un support mécanique (11) comporte un corps d’épreuve (12) dans lequel est intégré un capteur d’effort mécanique (7) permettant de mesurer le couple résistant du dit moteur piézoélectrique.
2. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion comportant un corps d’épreuve (12) suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ce corps d’épreuve (12) est constitué d’une ou de plusieurs zones de déformation du support mécanique (11).
3. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion comportant un corps d’épreuve (12) suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ce corps d’épreuve (12) est constitué d’un ou de plusieurs éléments déformables fixés mécaniquement dans le support mécanique (11).
4. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion comportant un corps d’épreuve (12) suivant la revendication 1 caractérisé en ce que des jauges d’extensométrie soient fixées sur certaines surfaces de ce corps d’épreuve (12).
5. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion comportant un corps d’épreuve (12) suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu’un capteur d’effort (7) soit placé entre le corps d’épreuve (12) et le support mécanique (11).
6. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion comportant un capteur d’effort (7) suivant la revendication 5 caractérisé en ce que ce capteur d’effort (7) soit du type piezorésistif à déformation de diaphragme.
7. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion comportant un corps d’épreuve (12) suivant la revendication 5 caractérisé en ce que le capteur d’effort (7) soit précontraint par une vis (14).
8. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion comportant un corps d’épreuve (12) suivant la revendication 2 caractérisé en ce que ce corps d’épreuve (12) soit réalisé par usinage directement dans la masse du support mécanique (11).
9. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion dans lequel est intégré un capteur d’effort mécanique (7) permettant de mesurer le couple résistant du dit moteur piézoélectrique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ce moteur piézoélectrique est pilotable en couple via une électronique de contrôle/commande.
10. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion dans un stator vibrant (1) constitué d’un élément piézoélectrique annulaire (2), d’un rotor (3) ainsi que d’un support mécanique (11) comportant un corps d’épreuve (12) dans lequel est intégré un capteur d’effort mécanique (7) permettant de mesurer le couple résistant du dit moteur piézoélectrique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ce moteur piézoélectrique comporte un capteur de vitesse et de position.
11. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion suivant la revendication 10 dans lequel le capteur de vitesse et de position est un codeur optique placé entre le rotor (3) et le stator (1).
12. Moteur piézoélectrique à onde progressive de flexion suivant la revendication 11 caractérisé par l’utilisation concomitante d’un codeur optique (4, 5, 6) et d’un capteur d’effort (7) pour les applications de robotique avec retour d’effort.