SYSTEME DE MOTORISATION LINEAIRE SECURISEE A COMMANDE PIEZOELECTRIQUE POUR SIEGE DE VEHICULE
L’invention concerne un système de motorisation linéaire à commande piézoélectrique pour siège de véhicule.
Contexte et Art Antérieur
Les mouvements motorisés dans un siège de véhicule sont conventionnellement commandés par un moteur à courant continu associé à un réducteur. Les sièges à commande motorisée comprennent habituellement un réglage de position longitudinale, c'est-à-dire un réglage de profondeur selon une translation le long de la direction longitudinale du véhicule. Certains sièges peuvent comprendre en outre au moins un autre degré de liberté à translation, comme par exemple le réglage en hauteur des appuis-tête ou le réglage en longueur d'un accoudoir.
La présente invention vise essentiellement les degrés de liberté à mouvement linéaire commandé et non les mouvements à rotation.
Par ailleurs, la structure générale du siège ainsi que les degrés de liberté qui peuvent y être contenus doivent présenter une robustesse suffisante vis-à-vis des chocs et accélérations qui peuvent être subis. En effet, le siège constitue un organe de protection primordial pour l’occupant du véhicule qui y est installé, et les cahiers des charges sécurité imposent que les degrés de liberté et mouvement motorisés conservent leurs positions courantes respectives en cas de choc et donc que la force de rétention soit suffisante sur chaque mouvement commandé, en particulier les mouvements linéaires et tout particulièrement le mouvement de réglage longitudinal de l’assise.
Les inventeurs ont remarqué que les moto-réducteurs conventionnels sont bruyants à la manœuvre. Les inventeurs ont remarqué que les moto-réducteurs conventionnels sont des sources de pollution électromagnétique et de parasites électriques.
Par ailleurs les moto-réducteurs conventionnels nécessitent un volume conséquent pour leur implantation auprès du mouvement à commander.
A cet effet, selon un premier aspect il est proposé un dispositif de moteur linéaire à commande piézoélectrique comprenant :
- un profilé stator (4) (on dit aussi ‘un profilé de base’), s’étendant selon un axe longitudinal (X1),
- un premier bloqueur-débloqueur (1) à commande piézoélectrique,
- un deuxième bloqueur-débloqueur (2) à commande piézoélectrique,
chacun des premier et deuxième bloqueur-débloqueurs (1,2) fournissant, au repos électrique, une force de friction importante au contact du profilé stator, cette force de friction pouvant être sensiblement annulée par un commande piézoélectrique,
- au moins un élément à longueur variable (3) à commande piézoélectrique, attaché respectivement aux premier et deuxième bloqueur-débloqueurs et interposé entre les premier et deuxième bloqueur-débloqueurs,
- l’élément à longueur variable (3) associé aux premier et deuxième bloqueur-débloqueurs (1,2) formant ensemble un rotor linéaire, pour déplacer un élément à déplacer (9) par rapport au stator,
- une unité de commande (5) pour commander sélectivement les premier et deuxième bloqueur-débloqueurs et l’élément à longueur variable, configurée au moins pour séquentiellement débloquer le premier bloqueur-débloqueur (1), puis exciter l’élément à longueur variable (3) puis rebloquer le premier bloqueur-débloqueur (1), puis débloquer le deuxième bloqueur-débloqueur (2), puis désexciter l’élément à longueur variable (3) puis rebloquer le deuxième bloqueur-débloqueur (2), de sorte qu’obtient ainsi un déplacement de l’élément formant rotor linéaire par rapport au profilé stator, alors qu’en l’absence de commande électrique, les premier et deuxième bloqueur-débloqueurs bloquent l’élément formant rotor linéaire par rapport au profilé stator.
Moyennant quoi, ce dispositif peut être configuré aisément selon plusieurs configurations mécaniques et spatiales ce qui facilite son intégration dans un endroit confiné tel qu’un siège automobile. Notamment, étant donné que le premier bloqueur-débloqueur (1), l’élément à longueur variable (3) et le deuxième bloqueur-débloqueur (2) peuvent agencés l’un à suite de l’autre, de préférence le long de l’axe longitudinal, on obtient une disposition substantiellement linéaire qui facilite l’intégration mécanique le long d’un profilé de base.
Moyennant quoi, ce dispositif peut être installé sur une liaison de type glissière longitudinale dans un siège d’automobile. Ce dispositif peut aussi être installé sur le réglage en hauteur des appuis-tête. Plus généralement, ce dispositif peut être utilisé sur un quelconque mouvement linéaire dans un siège automobile. Les forces de friction importantes sur le profilé de base permettent de se conformer au cahier des charges sécurité qui impose que la force de rétention soit suffisante sur chaque mouvement commandé, en particulier les mouvements linéaires et tout particulièrement le mouvement de réglage longitudinal de l’assise.
De plus, les inventeurs ont pu constater que le niveau de bruit électromagnétique était inférieur à celui des moto-réducteurs conventionnels, autrement dit la performance en mutisme électromagnétique est meilleure.
En outre, les inventeurs ont pu constater que le niveau sonore en fonctionnement d'une telle solution est inférieur à celui des moto-réducteurs conventionnels.
Il faut noter que selon la perspective qui est retenue, le profilé stator (réf 4) peut être un élément qui est en déplacement relatif par rapport à l’élément (réf 9) qui peut être considéré comme un élément fixe (rôles inversés).
Dans divers modes de réalisation de l’invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l’une et/ou à l’autre des dispositions suivantes, prises isolément ou en combinaison.
Selon une option, les premier et deuxième bloqueur-débloqueurs fournissent une force de friction, sur le profilé stator, au moins égale à N, de préférence au moins égale à 5000 N. Moyennant quoi, ce type de dispositif de moteur linéaire peut être utilisé pour un mouvement de réglage longitudinal de siège conforme au cahier des charges de tenue aux accélérations et chocs. Pour mouvement de réglage longitudinal avec deux rails, gauche et droite, on peut obtenir un effort de rétention de 10 000 N ou +.
Pour obtenir un déplacement en sens inverse, selon une option, l’unité de commande (5) peut être configurée pour séquentiellement débloquer deuxième bloqueur-débloqueur (2), puis exciter l’élément à longueur variable (3) puis rebloquer deuxième bloqueur-débloqueur (2), puis débloquer le premier bloqueur-débloqueur (1), puis désexciter l’élément à longueur variable (3) puis rebloquer le premier bloqueur-débloqueur (1), de sorte qu’obtient ainsi un déplacement en sens inverse du rotor linéaire par rapport au profilé stator. On réalise ainsi un moteur bidirectionnel.
Selon une option, l’élément à longueur variable (3) est fixé, à une première de ses extrémités (31), au premier bloqueur-débloqueur et est fixé, à sa deuxième extrémité (32), au deuxième bloqueur-débloqueur (2), de préférence par une liaison de type boulon ou vis et écrou. Ceci forme un montage simple et fiable. On remarque que ces liaisons sont de préférence sans jeu le long de l’axe X1 du profilé.
Selon une option, chacun des premier et deuxième bloqueur-débloqueurs (1,2) comprend un ressort de tarage (6) de l’effort de friction appliqué sur le profile stator en l'absence d'excitation électrique.
On obtient ainsi ajustement à posteriori qui permet de compenser la dispersion et les tolérances des cotes.
Selon une option, il est prévu une première vis de réglage (61) permettant d'ajuster la force exercée par le ressort de tarage. La position de cette vis de réglage permet de calibrer l‘effort de serrage (ou de friction) sur le profilé stator.
Selon une option, chacun des premier et deuxième bloqueur-débloqueurs (1,2) comprend au moins un élément piézoélectrique (11,12) qui s'allonge en présence d’excitation électrique, cet allongement s’opposant à la force exercée par le ressort de tarage. Une telle commande est rapidement effectuée, en moins de 0,1 ms.
Selon une option, il est prévu une seconde vis de réglage (8) permettant d'ajuster l'effort produit par l'élément piézoélectrique (11,12) lorsque ce dernier est excité électriquement. La position de cette vis de réglage permet d'appliquer une précontrainte légère sur l'élément piézoélectrique de manière à ce que ce dernier, dès qu'il est excité, fournisse un allongement tendant à annuler le serrage produit par le ressort et la première vis de réglage. Cette deuxième vis de réglage est vissée dans une partie du corps formant pince du bloqueur-débloqueur.
Selon une option, chacun des premier et deuxième bloqueur-débloqueurs (1,2) comprend un corps formant pince, configuré pour prendre en sandwich le profilé stator, le ressort de tarage (6) tendant à fermer la pince, alors que l’élément piézoélectrique (11,12) tend à ouvrir la pince. On utilise avantageusement un antagonisme des efforts et effets induits pour sélectivement bloquer ou débloquer le corps formant pince par rapport au profile stator.
Selon une option, chacun des premier et deuxième bloqueur-débloqueurs (1,2) comprend un premier bras et un deuxième bras, reliés par une zone de jonction, ladite zone de jonction pouvant présenter une certaine flexibilité afin d'autoriser un léger mouvement des bras l'un en direction de l'autre ou inversement écartement des bras.
Selon une option, le corps de pince présente une zone d’articulation qui présente un axe (Y1;Y2) perpendiculaire à l’axe X1 du profilé stator.
Selon une option, l’élément à longueur variable (3) s'allonge en présence d’excitation électrique. Avantageusement la commande est rapidement effectuée, et le résultat est obtenu en moins de 0,1 ms.
Selon une option alternative, l’élément à longueur variable (3) se rétracte en présence d’excitation électrique. En fonction de la nature des éléments piézo-électriques utilisés, ceci peut être un choix pertinent comparé au cas précédent.
Selon une option alternative, la dimension transversale (D5,D6) du dispositif est inférieur à quatre fois la dimension transversale (D4) du profilé stator, voire inférieur à trois fois la dimension transversale (D4) du profilé stator. Facilité d’intégration et compacité sont ainsi obtenus.
Selon une option, le pas d’avance (e) élémentaire réalisé à chaque séquence de commande présente une longueur comprise entre 0,1 μm et 10 μm. Grâce à quoi, on peut obtenir une précision de positionnement très performante.
Selon une option, l’unité de commande (5) répète les séquences de commande à une fréquence supérieure à 20kHz, voire supérieure à 30kHz, de préférence dans la gamme [20kHz - 30kHz].
Grâce à quoi, même si le pas d'avance élémentaire est de l'ordre de un micron, grâce à une commande de fréquence supérieure à 20 kHz, on peut obtenir une vitesse d'avance d’au moins 2 cm/s, ce qui satisfait les attentes pour les mouvements de réglage dans un siège. De plus, on remarque qu'au-delà de 20 kHz, les signaux de commande se trouvent en dehors du spectre audible humain ; par conséquent le mouvement peut se produire sans aucun bruit substantiel.
Selon une option, le profilé stator est une tige de section ronde et chaque bloqueur-débloqueur comprend un manchon cylindrique fendu agencé autour de la tige.
Selon une option, le profilé stator est un profilé en T, avec guidage en translation, guidage en translation et sans rotation, chacun des premier et deuxième bloqueur-débloqueurs (1,2) comprenant un profil complémentaire au profil en T.
L'invention a également pour objet une glissière de mouvement longitudinal de siège comprenant un dispositif tel que décrit précédemment, avec un rail fixe formant le profilé stator et un rail mobile formant l’élément formant rotor linéaire (9) ou relié à l’élément formant rotor linéaire
L'invention a également pour objet un ensemble d’appui tête pour siège comprenant un dispositif comprenant un dispositif tel que décrit précédemment avec une ou deux tiges formant le profilé stator et une douille ou armature de dossier de siège formant le rotor linéaire.
Description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints, sur lesquels :
- La figure 1, y inclus les figures 1A,1B,1C,1D,1E,1F, représente unpremiermode de réalisation de moteur linéaire selon la présente invention, selon une solution générique,
- la figure 2 représente plus en détail le moteur linéaire du de la figure 1,
- la figure 3 représente un diagramme de circuit électrique impliqué dans la commande du dispositif,
- la figure 4 représente un chronogramme de commandes des éléments piézoélectriques,
- la figure 5 illustre un appui-tête de siège d'automobile,
- la figure 6 représente une vue en perspective un dispositif de moteur linéaire selon undeuxièmemode de réalisation, agencé par rapport à une tige de l'appui-tête,
- la figure 7 représente une autre vue en perspective un dispositif de moteur linéaire agencé par rapport à une tige de l'appui-tête,
- la figure 8 représente une vue en perspective d’un dispositif de moteur linéaire selon untroisièmemode de réalisation, agencé par rapport à un profilé de glissière longitudinale de siège,
- la figure 9 représente une vue en perspective de l'avant d'un siège équipé de moteurs linéaires piézo-électriques selon l'invention,
- la figure 10 représente une vue en perspective un dispositif de moteur linéaire agencé par rapport à profilé de glissière longitudinale de siège, selon unquatrièmemode de réalisation,
- la figure 11 représente une vue de dessus du dispositif de la figure 10.
Description détaillée
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Pour des raisons de clarté de l'exposé, certaines éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle.
Le premier mode de réalisation correspond à une description générique du principe de la présente invention. Le dispositif de moteur linéaire à commande piézoélectrique comprend tout d'abord un profilé stator4dont la section peut être quelconque c'est-à-dire ronde, hexagonale, carré, trapézoïdale, en T, losange, elliptique etc.
Le profilé stator présente une section constante le long de la partie utilisée par le dispositif de moteur linéaire, on parle ici de la section générale du profilé, ce qui n’exclut pas la présence de trous à quelques endroits. Le profilé stator s’étend le long d’un axe dit longitudinalX1. Selon une direction transversale notéeY, la profilé stator présente une dimensionD4.
Le profilé stator est généralement fabriqué en métal, de préférence obtenu de filage/extrusion, donc avec une bonne rectitude et une tolérance dimensionnelle serrée. La course utile du mouvement peut être par exemple, comprise entre 15cm et 25cm pour un réglage de hauteur d’appui-tête et comprise entre 30cm et 50cm pour un réglage longitudinal de l’assise 90 de siège.
Le dispositif de moteur linéaire à commande piézoélectrique comprend un premier bloqueur-débloqueur1à commande piézoélectrique, généralement en interface mécanique avec le profilé stator. Plus précisément, le bloqueur-débloqueur présente des surfaces d'appui14,15complémentaires de la surface extérieure du profilé stator.
Le premier bloqueur-débloqueur1comprend un élément piézoélectrique11. Comme connu en soi, un tel élément piézoélectrique présente une certaine forme mécanique au repos, et sous excitation électrique une forme excitée différente avec généralement une dimension qui se contracte et une autre dimension qui s'allonge. Dans l'exemple illustré ici, il a été choisi d'utiliser un allongement de l'élément piézoélectrique. L’inverse serait possible, i.e. utiliser une rétraction.
En l'absence d'excitation électrique sur les éléments piézo-électriques, les surfaces d'appui14,15produisent un effort de serrage important sur le profilé stator, en d'autres termes un effort de friction qui empêche un mouvement relatif entre un élément à déplacer9et le profilé stator4, tant qu’un effort longitudinal reste inférieur à un seuil prédéterminé notéTH1.
L’effort de serrage est produit par une contrainte exercée perpendiculairement à l'axeX1du profilé stator. Dans l'exemple illustré ici, cette contrainte résulte d’un réglage basé sur l'utilisation d'un ressort6avec une vis de serrage61. La vis de serrage 61 est soit fixée à un écrou62à l’opposé du bloqueur-débloqueur, soit ancrée/vissée dans un filet du corps du bloqueur-débloqueur situé dans une portion du bloqueur-débloqueur.
Il peut être prévu une rondelle d’appui du ressort entre la tête de la vis et le ressort.
Le ressort6avec sa vis de serrage61constitue un organe de tarage d’effort, on dit pour simplifier un ressort de tarage de l’effort.
L'excitation de l'élément piézoélectrique11a pour effet d'annuler substantiellement la contrainte résultant du ressort6et du serrage ‘naturel’ du corps bloqueur-débloqueur.
Selon l’exemple illustré, le bloqueur-débloqueur comprend un corps formant pince, configuré pour prendre en sandwich le profilé stator 4, le ressort de tarage6tendant à fermer la pince, alors que l’élément piézoélectrique11tend à ouvrir la pince.
Selon l’exemple illustré, le bloqueur-débloqueur comprend un premier bras16et un second bras17, reliés par une zone de jonction18, ladite zone de jonction 18 pouvant présenter une certaine flexibilité afin d'autoriser un léger mouvement des bras l'un en direction de l'autre ou inversement.
Le ressort de tarage6avec la vis61tend à rapprocher les premiers et deuxièmes bras 16,17 l’un de l'autre, tandis que l’élément piézoélectrique11,lorsqu'il est excité électriquement, tend à éloigner les premiers et deuxièmes16,17 bras l’un de l'autre.
L'extrémité du premier bras16opposé à la zone de jonction comporte une première surface d'appui14, l'extrémité du second bras17opposé à la zone de jonction comporte une seconde surface d'appui15.
Les première et secondes surfaces d'appui14,15ont des aires d’appui similaires, chacune avec une aire comprise entre 4 cm² et 10 cm², de manière à pouvoir exercer une force importante bien répartie sans dégrader l’état de surface du profilé stator.
Afin d'utiliser efficacement l'allongement de l'élément piézoélectrique11, il est prévu une vis de précontrainte8. La vis de précontrainte est ancrée dans un filet du corps du bloqueur-débloqueur (bras supérieur 16 figure 2) et son extrémité libre vient appuyer sur une extrémité de l'élément piézoélectrique11, lorsque celui-ci est au repos électrique. Grâce à cette légère précontrainte, dès que l'élément piézoélectrique11est excité, le mouvement résultant est transmis au corps du bloqueur-débloqueur pour éloigner le premier bras16du second bras17.
Il faut noter ici que les courses élémentaires en jeu ici sont très faibles, inférieure au dizième de millimètre.
L'élément piézoélectrique11est agencé à proximité de la vis de tarage 6, il n’y a pas d’effet de couple engendré par une distance entre les points d’application des forces opposées.
Le dispositif de moteur linéaire à commande piézoélectrique comprend un deuxième bloqueur-débloqueur2à commande piézoélectrique, similaire au premier mais agencé de manière symétrique par rapport à un plan perpendiculaire à l'axeX1du profilé stator4. Autrement dit les deux bloqueur-débloqueurs sont agencées « dos à dos » et à distance.
Le deuxième bloqueur-débloqueur 2 comprend un élément piézoélectrique12,similaire au premier élément piézoélectrique11.
Le deuxième bloqueur-débloqueur2est complétement indépendant du premier bloqueur-débloqueur1.
Les premier et deuxième bloqueur-débloqueur1,2sont reliés par le biais d'un élément de liaison dont il est question juste ci-dessous.
Le dispositif de moteur linéaire à commande piézoélectrique comprend un élément à longueur variable3à commande piézoélectrique, qui forme l’élément de liaison entre les deux bloqueur-débloqueurs.
L’élément à longueur variable3est attaché respectivement aux premier et deuxième bloqueur-débloqueurs. L’élément à longueur variable3est attaché interposé entre les premier et deuxième bloqueur-débloqueurs.
Plus précisément, l’élément à longueur variable3est fixé au premier bloqueur-débloqueur1à une première extrémité31et fixé au deuxième bloqueur-débloqueur2à une deuxième extrémité32.
La fixation est de préférence réalisée par une liaison de type boulon ou vis et écrou33. Tout autre système d’assemblage par rivets, goupille, assemblage sandwich est également possible.
L’élément à longueur variable3comprend un élément piézoélectrique13. Comme connu en soi, un tel élément piézoélectrique présente une certaine forme mécanique au repos, et sous excitation électrique une forme excitée différente avec généralement une dimension qui se contracte et une autre dimension qui s'allonge. Dans l'exemple illustré ici, il a été choisi d'utiliser un allongement de l'élément piézoélectrique. L’inverse serait possible, i.e. utiliser une rétraction.
L’élément à longueur variable3comprend un cadre structurel30encadrant l’élément piézoélectrique13.
Comme illustré auxfigures 1A-1F, 3 et 4, le principe de fonctionnement repose sur une commande séquentielle des bloqueur-débloqueurs. Plus précisément il est prévu une unité de commande5pour commander sélectivement les premier et deuxième bloqueur-débloqueurs1,2et l’élément à longueur variable3.
L’unité de commande5est configurée pour séquentiellement débloquer le premier bloqueur-débloqueur (déblocage de 1, Fig 1B), puis exciter l’élément à longueur variable (extension de 3, Fig 1C) puis rebloquer le premier bloqueur-débloqueur (reblocage de 1 Fig 1D), puis débloquer le deuxième bloqueur-débloqueur (déblocage de 2, Fig 1E), puis désexciter l’élément à longueur variable (3) puis rebloquer le deuxième bloqueur-débloqueur (reblocage de 2, Fig 1F).
Plus précisément, en se référant à la figure 4, à l’instantt1, l’unité de commande 5 débute la commande du premier élément piézoélectrique11; à l’instantt2, l’unité de commande 5 débute la commande du troisième élément piézoélectrique13; à l’instantt3, l’unité de commande 5 stoppe la commande du premier élément piézoélectrique11; à l’instantt4, l’unité de commande 5 débute la commande du deuxième élément piézoélectrique12; à l’instantt5, l’unité de commande 5 stoppe la commande du troisième élément piézoélectrique13 ;à l’instantt4, l’unité de commande 5 stoppe la commande du deuxième élément piézoélectrique12.
Ceci provoque un déplacement vers la droite d’un pas élémentaire notée. Un élément à déplacer9est ainsi déplacé par rapport au profilé de base4. En répétant l’opération de cette séquence, on obtient un effet de moteur linéaire.
Comme illustré à lafigure 3, le déplacement réalisé par l’unité de commande 5 peut être la conséquence d’une commande manuelle, par exemple via des boutons44a 44bde manœuvre ; le ou les déplacements peuvent être la conséquence d’un automatisme, d’une autre logique non manuelle, etc……
Il peut être prévu un capteur de position46de l’élément à déplacer9dans le but de commander les déplacements en boucle fermée ; ainsi, même si le pas élémentaire ‘e’ est affecté par un problème transitoire ou une imprécision potentielle liée à l’addition d’un grand nombre de pas élémentaires, une bonne précision macroscopique peut être néanmoins obtenue.
Sur lafigure 4, les séquences repéréesSeq1etSeq2montrent deux pas élémentaires vers la droite. Bien entendu, si on inverse la logique des commandes, on obtient un déplacement en sens inverse, comme illustré à la séquenceSeq3de la figure 4.
Plus précisément, l’unité de commande 5 débute la commande deuxième élément piézoélectrique12puis l’unité de commande 5 débute la commande du troisième élément piézoélectrique13puis l’unité de commande 5 stoppe la commande du deuxième élément piézoélectrique12puis l’unité de commande 5 débute la commande du premier élément piézoélectrique11puis l’unité de commande 5 stoppe la commande du troisième élément piézoélectrique13puis l’unité de commande 5 stoppe la commande du premier élément piézoélectrique11. On obtient ainsi un pas élémentaire vers la gauche (Seq3).
Il peut être prévu un chevauchement temporel plus ou moins important des signaux de commandes ; en effet la commande du troisième élément piézoélectrique13peut être anticipée et/ou retardée. Autrement dit, l’ordre des commandes présenté ci-dessus doit être compris comme une chronologie généralement et pas un séquencement pur.
Comme illustré auxfigures 5 à 7, dans undeuxième mode de réalisation, le profilé4est de section ronde, avec un diamètreD4compris entre 15mm et 25mm, typiquement autour de 20mm. Le profilé stator 4 est ici une tige d’appui-tête de siège.
Ici, contrairement au premier mode de réalisation, le profilé stator4est ici un élément qui est en déplacement relatif par rapport à l’élément9qui est ici considéré comme un élément fixe, ici en effet c’est une douille liée à l’armature du dossier de siège.
Généralement, il y a deux tiges pour un appui-tête de siège. Dans cette configuration, nous avons deux moteurs linéaires, un sur chaque tige. Il n’est pas exclu d’avoir un système différent avec une seule tige non ronde (anti-rotation) et donc un seul moteur linéaire.
Le profilé stator4s’étend selon un axeX1, vertical en position normale d'utilisation.
Chacun des bloqueur-débloqueurs est formé comme une pince présentant un évidemment10,20substantiellement cylindrique de forme complémentaire par rapport à la forme de la tige formant le profile stator. De cette manière, le serrage de la pince autour du profilé stator est réparti de façon bien homogène sur toute la circonférence et sur une dimension longitudinale le long de l'axeX1notéeL2.
L2est typiquement au moins égale à 30% du diamètreD4.L2sera typiquement choisi en fonction de l'effort de rétention souhaité à fournir par la pince au repos électrique.
Le premier élément piézoélectrique11est reçu dans un logement formé par une encoche dans le bord inférieur et une encoche électrique dans le supérieur. Généralement l'espacement entre les deux bras est de petite dimension par exemple de quelques millimètres, surtout à l'endroit de l'évidement prévu pour le profilé stator, l'intervalle libre représente moins de 5 % de la circonférence du profilé stator.
Pour la première pince1, la vis de serrage/tarage s'étend le long de l'axe noté Y1’, et l'élément piézoélectrique11ainsi que la seconde vis de réglage8s'étendent le long de l'axe notéY1.
Les axes Y1,Y1’ sont voisins entre eux par rapport à l'axe longitudinal X1. Plus précisément, l'axe Y1’ est plus éloigné de X1 que l’axe Y1.
Les axes Y1,Y1’sont disposés perpendiculairement à l’axe X1.
S'agissant de la deuxième pince2, elle est en tout point similaire à la première pince 1. Les axesY2,Y2’sont voisins entre eux par rapport à l'axe longitudinal X1. Plus précisément, l'axe Y2’ est plus éloigné de X1 que l’axe Y2.
Les axes Y2,Y2’ sont disposés perpendiculairement à l’axe X1.
La dimension la plus grande transversale à l'axe longitudinal, notéeD5, caractérise la compacité du dispositif de moteur linéaire. IciD5est inférieur à quatre foisD4.
On note que la liaison boulonnée entre le cadre 30 qui encadre le troisième élément piézoélectrique13est formée par un ensemble boulonné33du côté du la première pince 1, et par une vis de précontrainte83,86(équivalent de la vis8précédente) qui moyennant la présence de deux écrous84,85joue à la fois le rôle de vis de précontrainte et de liaison boulonnée entre le cadre30et le corps de la deuxième pince2.
La vis de précontrainte83,86ainsi que le troisième élément piézoélectrique13s'étendent selon une directionX3parallèle à la direction longitudinale principaleX1mais agencée de manière opposée par rapport aux axesY1,Y2précités.
Les pinces sont formées en acier en alliage métallique léger mais suffisamment dur en surface ; le cadre 30 contenant le troisième élément piézoélectrique 13 est également formé en métal.
Comme illustré auxfigures 8 à 9, dans untroisième mode de réalisation, le profilé4présente une section en forme de T. Le bas du tronc du T est fixé à une embase7. Le profilé stator et l'embase sont dans l'application visée ici un rail fixe de glissière, gauche ou droite, fixée à la caisse du véhicule alors que l'élément stator linéaire sera fixé à l'assise90du siège, dotée d'un mouvement de réglage longitudinal.
Il est prévu un dispositif de moteur linéaire80sur la glissière de gauche et un dispositif de moteur linéaire80sur la glissière droite, les deux étant synchronisés au moyen de l'unité de commande 5.
La dimension la plus grande transversale à l'axe longitudinal, notéeD6, caractérise la compacité du dispositif de moteur linéaire. IciD6est inférieur à trois foisD7, D7 étant la dimension transversale la plus grande du profilé stator 4 (largeur de la tête du T).
D6 est compris entre 2xD2 et 3xD7.
On retrouve les éléments déjà décrits fonctionnellement et structurellement dans les deux exemples de réalisation précédents, à savoir un premier bloqueur-débloqueur 1 formé comme une pince et un deuxième bloqueur-débloqueur 2 formé également comme une pince. Entre ces deux bloqueur-débloqueurs, on trouve un élément de liaison autrement dit un élément à longueur variable3. Dans le cas présent, il s'agit d'un élément a amplification de course qui comprend un cadre elliptique avec la dimension la plus grande du troisième élément piézoélectrique agencée de manière transversale c'est-à-dire selon l'axe Y comme cela est connu en soi par exemple du document US6927528. Le cadre elliptique30est fixé par boulonnage33d'un côté à la portion centrale de la pince du premier bloqueur-débloqueur 1, et d'un autre côté36à la portion centrale de la pince du deuxième bloqueur-débloqueur 2.
Sous excitation électrique, l'élément piézoélectrique 13 s'allonge transversalement et par conséquent la distance qui sépare les deux bloqueur-débloqueurs se réduit. On utilise donc la rétraction de l’élément à longueur variable3.
Les surfaces de friction entre chacun des bras formant pince et le rail en T sont choisies de manière à pouvoir fournir un effort de friction suffisant pour tenir les cahiers des charges de tenue aux chocs pour le siège notamment.
L’embase 7 est dans l’exemple illustré un rail fixe de glissière longitudinale pour le réglage longitudinal de la position d’assise. Dans cette configuration, nous avons une glissière à droite et une glissière à gauche. Pour chaque glissière, la force de rétention est dimensionné à 5000 N. La force totale de rétention pour l'assise complète 90 du siège s'élève donc à 10 000 N.
Pour obtenir des valeurs aussi élevées, on peut faire appel à un état de surface légèrement granulaire, une aire de contact suffisamment conséquente, et une précontrainte donnée par la vis de serrage suffisamment élevé.
Comme illustré auxfigures 10 à 11, dans unquatrième mode de réalisation, l’application visé concerne, comme le troisième mode, des glissières longitudinales, le profilé4présente une section avec deux ailes opposées41,42reliées entre elles par une âme (non représentée aux figures). Ce peut être un profilé en U de faible hauteur.
Dans l'exemple illustré, chacun des premier et second bloqueur-débloqueurs est double. Par exemple, le premier bloqueur-débloqueur 1 comprend un premier sous-élément avec un premier élément piézoélectrique11et un deuxième sous-élément avec un élément piézoélectrique supplémentaire11’agencés en série l’un à la suite de l'autre, chacun des éléments piézo-électriques est contenu dans un cadre elliptique similaire à celui déjà décrit pour le troisième mode de réalisation.
Chaque cadre elliptique comprend des pieds d'appui140,141sur les ailes opposées41,42du profilé. Chaque cadre elliptique est résilient et, au repos électrique, génère une force d'appui de part et d'autre les ailes opposées 41,42 du profilé. Les deux cadres elliptiques adjacents sont liés entre soit venus de matière comme illustré soit par boulonnage.
Lorsque les éléments piézoélectrique11,11’sont électriquement excités, ils s'allongent et alors les cadres elliptiques présentent une dimension transversale qui se réduit annulant ainsi l'effort de friction sur les ailes41,42du profilé.
Ici aussi il est prévu des vis8de mise en contrainte des éléments piézo-électriques
Le deuxième bloqueur-débloqueur 2 comprend un premier sous-élément avec un premier élément piézoélectrique12et un deuxième sous- élément avec un élément piézoélectrique supplémentaire12’. Le fonctionnement du deuxième bloqueur-débloqueur est identique au premier.
L'élément à longueur variable 3 comprend un cadre30avec un troisième élément piézoélectrique13fonctionnellement équivalent à celui du premier mode de réalisation.
L'élément à longueur variable 3 une vis axiale équipée d'un tendeur détendeur38, permettant un maintien dans l'axe et une mise en précontraintes du troisième élément piézoélectrique13.
Concernant le choix des éléments piézo-électriques, l'homme de l'art peut choisir dans la palette des produits proposés par la société Noliac / CTS Corporation, notamment dans la gamme NAC20NN-Hxx ; l'homme de l'art peut aussi choisir dans la palette des produits PPA de la société CEDRAT TECHNOLOGIES.
S'agissant des vis de serrage/tarage61et des vis8de mise en légère précontrainte des éléments piézoélectrique, il faut remarquer que sévissent peuvent être ajusté pour obtenir les caractéristiques dimensionnelles où les caractéristiques des forts requises puis ensuite les fils sont immobilisés soient par une déformation mécanique (poinçonnage) doit par l'adjonction d'une colle ou d'un gel de scellement. Ainsi, on procède à une calibration du bloqueur-débloqueur on fige la configuration pour la future utilisation opérationnelle.
Lesfigures 3 et 4sont communes à tous les modes de réalisation.
Même si le pas d’avance (e) élémentaire réalisé à chaque séquence de commande élémentaire présente une longueur comprise entre 0,1 μm et 10 μm, l’unité de commande 5 répète les séquences de commande à une fréquence supérieure à 20kHz, voire supérieure à 30kHz, de préférence dans la gamme [20kHz - 30kHz], grâce à quoi on peut obtenir une vitesse d'avance d’au moins 2 cm/s, ce qui satisfait les attentes pour les mouvements de réglage dans un siège.
De plus, on remarque qu'au-delà de 20 kHz, les signaux de commande se trouvent en dehors du spectre audible humain ; par conséquent le mouvement peut se produire sans aucun bruit substantiel.