FR3122053A1 - piezo-hydraulic device for multiplying a force from a piezoelectric element - Google Patents

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Laurent Gagliardini
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Stellantis Auto Sas Fr
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif piézo-hydraulique (100) comprenant au moins un circuit hydraulique comportant un fluide (1, 2) sous pression tel qu’un liquide, un premier piston (10) présentant une surface utile soumise à la pression du fluide du circuit hydraulique, le premier piston (10) étant relié à au moins un élément piézoélectrique (40) de sorte que la position du premier piston (10) varie en fonction d’une déformation mécanique de l’élément piézoélectrique (1), au moins un deuxième piston (20) présentant une surface utile soumise à la pression du fluide du circuit hydraulique, la surface utile du premier piston (10) étant strictement supérieure à la surface utile du deuxième piston (20) de sorte à transmettre un effort démultiplié pour déplacer une masse mobile (50). (Fig. 7)The invention relates to a piezo-hydraulic device (100) comprising at least one hydraulic circuit comprising a fluid (1, 2) under pressure such as a liquid, a first piston (10) having a useful surface subjected to the pressure of the fluid of the hydraulic circuit, the first piston (10) being connected to at least one piezoelectric element (40) so that the position of the first piston (10) varies according to a mechanical deformation of the piezoelectric element (1), at the at least one second piston (20) having a useful surface subjected to the pressure of the fluid of the hydraulic circuit, the useful surface of the first piston (10) being strictly greater than the useful surface of the second piston (20) so as to transmit a multiplied force to move a movable mass (50). (Fig.7)

Description

dispositif piézo-hydraulique pour démultiplier un effort à partir d’un élément piezoélectriquepiezo-hydraulic device for multiplying a force from a piezoelectric element

Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention

L'invention concerne, de façon générale, le domaine technique des dispositifs piézoélectriques, notamment des actionneurs piézoélectriques, voire des capteurs piézoélectriques.The invention relates, in general, to the technical field of piezoelectric devices, in particular piezoelectric actuators, or even piezoelectric sensors.

L’invention se rapporte plus spécifiquement à un dispositif piézoélectrique, actionneur et/ou capteur, permettant une démultiplication d’un effort entre la déformation mécanique d’un élément piézoélectrique et le déplacement d’une masse.The invention relates more specifically to a piezoelectric device, actuator and/or sensor, allowing a reduction of a force between the mechanical deformation of a piezoelectric element and the displacement of a mass.

Un tel dispositif piézoélectrique peut notamment être utilisé comme actionneur dynamique pour assurer un contrôle de vibrations, en particulier pour équilibrer des arbres de machines tournantes nécessitant des niveaux d’efforts très importants.Such a piezoelectric device can in particular be used as a dynamic actuator to provide vibration control, in particular to balance the shafts of rotating machines requiring very high levels of effort.

État de la technique antÉrieureState of the prior art

La piézoélectricité est la propriété que possèdent certains matériaux de se polariser électriquement sous l’action d’une contrainte mécanique et réciproquement de se déformer lorsqu’on leur applique un champ électrique. Le premier est appelé effet piézoélectrique direct, le second effet piézoélectrique inverse. De manière plus générale, l’effet direct peut être mis à profit dans la réalisation de capteurs (capteur de pression…) tandis que l’effet inverse permet de réaliser des actionneurs de précision (injecteurs à commande piézoélectrique en automobile, …).Piezoelectricity is the property possessed by certain materials of becoming electrically polarized under the action of a mechanical stress and, conversely, of deforming when an electric field is applied to them. The first is called direct piezoelectric effect, the second inverse piezoelectric effect. More generally, the direct effect can be used in the production of sensors (pressure sensor, etc.) while the reverse effect makes it possible to produce precision actuators (piezoelectrically controlled injectors in automobiles, etc.).

La sensibilité d’un élément piézoélectrique est caractérisée par le déplacement obtenu sous une tension donnée. Les déplacements engendrés étant très faibles, de nombreuses configurations d’amplification mécaniques ont été développées, de manière à augmenter la course des actionneurs, sans trop nuire aux efforts qu’ils sont capables de fournir. Une majorité de configurations retenues met en jeu des articulations flexibles, obtenues par usinage en électroérosion, permettant d’atteindre des épaisseurs de matière très faibles. Ces articulations permettent des rotations à débattement limité mais sont sans jeu, ce qui est primordial pour ce type d’application où chaque micron à une incidence non négligeable sur la précision du dispositif. C’est par exemple le cas des solutions d’amortissement vibratoire développés par la société PYTHEAS Technology, ou également des solutions développées par la société CEDRAT Technologies (Actionneurs Piézoélectriques Amplifiés, APA®). Ces solutions utilisent la forme elliptique d’une coque pour à la fois précontraindre le matériau piézoélectrique, mais aussi amplifier les déplacements dans le petit axe de l’ellipse.The sensitivity of a piezoelectric element is characterized by the displacement obtained under a given voltage. The displacements generated being very low, many mechanical amplification configurations have been developed, so as to increase the stroke of the actuators, without too much harming the forces that they are capable of supplying. A majority of the configurations adopted involve flexible joints, obtained by electro-erosion machining, making it possible to achieve very low thicknesses of material. These joints allow rotations with limited travel but have no play, which is essential for this type of application where each micron has a significant impact on the precision of the device. This is for example the case of the vibration damping solutions developed by the company PYTHEAS Technology, or also the solutions developed by the company CEDRAT Technologies (Amplified Piezoelectric Actuators, APA ® ). These solutions use the elliptical shape of a shell to both prestress the piezoelectric material, but also amplify the displacements in the minor axis of the ellipse.

Ces dispositifs existants utilisent généralement des mécanismes de démultiplication permettant une amplification relativement faible, par exemple d’un facteur compris entre 2 à 20. De tels actionneurs amplifiés ont ainsi généralement des courses comprises entre 0,1 et 1 mm. Les déplacements, et par voie de conséquence les accélérations, procurés par ce type de transducteurs restent donc faibles, ce qui nécessite l’utilisation de masses sismiques grandes pour atteindre des niveaux d’effort importants en basses fréquences pour équilibrer des systèmes vibratoires nécessitant des niveaux d’efforts très importants.These existing devices generally use reduction mechanisms allowing relatively low amplification, for example by a factor of between 2 and 20. Such amplified actuators thus generally have strokes of between 0.1 and 1 mm. The displacements, and consequently the accelerations, provided by this type of transducers therefore remain low, which requires the use of large seismic masses to reach high levels of effort at low frequencies to balance vibratory systems requiring levels very significant effort.

Il en résulte que le compromis entre la compacité, la masse, les efforts développés et la consommation d’énergie restent peu favorable pour des actionneurs électrodynamiques de forte puissance.As a result, the compromise between compactness, mass, developed forces and energy consumption remains unfavorable for high-power electrodynamic actuators.

L’invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique en proposant notamment une solution permettant une démultiplication améliorée des efforts développés pour une consommation d’énergie acceptable voire réduite, dont la compacité est améliorée et dont la masse sismique utile peut être réduite.The invention aims to remedy all or part of the drawbacks of the state of the art by proposing in particular a solution allowing an improved reduction of the efforts developed for an acceptable or even reduced energy consumption, whose compactness is improved and whose mass useful seismic can be reduced.

Pour ce faire est proposé selon un aspect de l'invention un dispositif piézo-hydraulique comprenant au moins un circuit hydraulique comportant un fluide sous pression tel qu’un liquide, un premier piston présentant une surface utile soumise à la pression du fluide du circuit hydraulique, le premier piston étant relié à au moins un élément piézoélectrique de sorte que la position du premier piston varie en fonction d’une déformation mécanique de l’élément piézoélectrique, au moins un deuxième piston présentant une surface utile soumise à la pression du fluide du circuit hydraulique, la surface utile du premier piston étant strictement supérieure à la surface utile du deuxième piston de sorte à transmettre un effort démultiplié pour déplacer une masse mobile.To do this, according to one aspect of the invention, a piezo-hydraulic device is proposed comprising at least one hydraulic circuit comprising a pressurized fluid such as a liquid, a first piston having a useful surface subjected to the pressure of the fluid of the hydraulic circuit. , the first piston being connected to at least one piezoelectric element so that the position of the first piston varies according to a mechanical deformation of the piezoelectric element, at least one second piston having a useful surface subjected to the pressure of the fluid of the hydraulic circuit, the useful surface of the first piston being strictly greater than the useful surface of the second piston so as to transmit a multiplied force to move a mobile mass.

Grâce à une telle combinaison de caractéristiques, le dispositif piézo-hydraulique met en œuvre une démultiplication hydraulique qui permet des amplifications significativement plus importantes que celles obtenues par d’autres moyens mécaniques, ceci avec une grande compacité et donc un encombrement réduit. Par application du principe de Pascal, la démultiplication hydraulique résulte de l’utilisation des deux pistons au moins de sections ou surfaces utiles différentes immergées dans un même volume fluide incompressible, logé ici dans le circuit hydraulique. Le rapport de démultiplication est alors le rapport des sections ou surfaces utiles des premier et deuxième pistons.Thanks to such a combination of characteristics, the piezo-hydraulic device implements a hydraulic reduction which allows significantly greater amplifications than those obtained by other mechanical means, this with great compactness and therefore a reduced size. By application of Pascal's principle, the hydraulic reduction results from the use of at least two pistons with different useful sections or surfaces immersed in the same incompressible fluid volume, housed here in the hydraulic circuit. The reduction ratio is then the ratio of the useful sections or surfaces of the first and second pistons.

Selon un mode de réalisation, le circuit hydraulique peut comprendre une chambre hydraulique, voire de préférence être constitué d’une chambre hydraulique. Une telle caractéristique permet d’améliorer la compacité du dispositif piézo-hydraulique en simplifiant le circuit hydraulique à une simple chambre hydraulique.According to one embodiment, the hydraulic circuit may comprise a hydraulic chamber, or even preferably consist of a hydraulic chamber. Such a characteristic makes it possible to improve the compactness of the piezo-hydraulic device by simplifying the hydraulic circuit to a simple hydraulic chamber.

Selon un mode de réalisation, l’élément piézoélectrique est constitué d’un matériau piézoélectrique. Le matériau piézoélectrique est par exemple à base de titano-zirconates de plomb (PZT), de préférence constitué intégralement de titano-zirconates de plomb.According to one embodiment, the piezoelectric element is made of a piezoelectric material. The piezoelectric material is for example based on lead titano-zirconates (PZT), preferably consisting entirely of lead titano-zirconates.

La démultiplication peut être facilement augmentée pour un élément piézoélectrique donné en utilisant un premier piston de grande taille actionné par ledit élément piézoélectrique. On choisira de préférence un rapport de démultiplication strictement supérieur à 20, de préférence supérieur ou égale à 100, de préférence encore supérieur ou égale à 400.The gear ratio can be easily increased for a given piezoelectric element by using a first large piston actuated by said piezoelectric element. Preferably, a reduction ratio strictly greater than 20, preferably greater than or equal to 100, more preferably greater than or equal to 400 will be chosen.

Selon un mode de réalisation, le premier piston forme un piston double effet, le premier piston comportant deux faces opposées, chacune des deux faces présentant une surface utile soumise à la pression d’un fluide contenu dans des chambres hydrauliques distinctes associées.According to one embodiment, the first piston forms a double-acting piston, the first piston having two opposite faces, each of the two faces having a useful surface subjected to the pressure of a fluid contained in separate associated hydraulic chambers.

Selon un mode de réalisation, le dispositif piézo-hydraulique comprend un troisième piston, le deuxième piston étant soumis à la pression du fluide contenu dans une première des deux chambres hydrauliques, le troisième piston étant soumis à la pression du fluide contenu dans une deuxième des deux chambres hydrauliques, opposée à la première par rapport au premier piston, les deuxième et troisième pistons étant de préférence mobiles suivant des axes parallèles, de préférence encore coaxiaux. Une telle configuration permet par exemple d’utiliser un effet de pousser- tirer, aussi appelé « push-pull » en jargon anglo-saxon, de sorte à permettre d’inverser les rôles du système moteur et de la masse mobile.According to one embodiment, the piezo-hydraulic device comprises a third piston, the second piston being subjected to the pressure of the fluid contained in a first of the two hydraulic chambers, the third piston being subjected to the pressure of the fluid contained in a second of the two hydraulic chambers, opposite the first with respect to the first piston, the second and third pistons being preferably movable along parallel axes, more preferably coaxial. Such a configuration makes it possible, for example, to use a push-pull effect, also called "push-pull" in Anglo-Saxon jargon, so as to allow the roles of the motor system and the moving mass to be reversed.

Selon un mode de réalisation, les deuxième et troisième pistons sont solidaires l’un de l’autre, de préférence de sorte à former une enveloppe externe du dispositif piézo-hydraulique. En d’autres termes, les deuxièmes et troisièmes pistons sont fixes par rapport à une enveloppe externe du dispositif piézo-hydraulique. Cette enveloppe externe délimitée de préférence une enceinte close, dans laquelle la masse mobile est logée dans son espace intérieur.According to one embodiment, the second and third pistons are integral with each other, preferably so as to form an outer casing of the piezo-hydraulic device. In other words, the second and third pistons are fixed relative to an outer casing of the piezo-hydraulic device. This outer envelope preferably delimits a closed enclosure, in which the mobile mass is housed in its interior space.

Selon un mode de réalisation, la masse mobile est solidaire du deuxième piston.According to one embodiment, the mobile mass is integral with the second piston.

Selon un mode de réalisation, la masse mobile forme un carter hydraulique délimitant les première et deuxième chambres hydrauliques. Dans cette configuration, où le carter hydraulique est logé dans l’espace intérieur délimité par l’enveloppe externe, la majeure partie de la masse est utilisée comme masse sismique et le système peut être utilisé plus facilement dans différentes positions. En outre, la masse sismique bénéficie d’un meilleur guidage grâce aux deuxième et troisième pistons.According to one embodiment, the mobile mass forms a hydraulic casing delimiting the first and second hydraulic chambers. In this configuration, where the hydraulic casing is housed in the interior space bounded by the outer casing, most of the mass is used as seismic mass and the system can be used more easily in different positions. In addition, the seismic mass benefits from better guidance thanks to the second and third pistons.

Selon un mode de réalisation, la masse mobile est immergée dans un fluide hydraulique, de préférence un fluide hydraulique diélectrique, contenu dans un espace intérieur de l’enveloppe externe du dispositif piézo-hydraulique, ladite enveloppe externe du dispositif piézo-hydraulique formant de préférence une cage de faraday.According to one embodiment, the moving mass is immersed in a hydraulic fluid, preferably a dielectric hydraulic fluid, contained in an interior space of the outer casing of the piezo-hydraulic device, said outer casing of the piezo-hydraulic device preferably forming a faraday cage.

L’utilisation d’un fluide diélectrique présente notamment un avantage vis-à-vis de l’alimentation électrique des éléments piézo-électriques.The use of a dielectric fluid has in particular an advantage with respect to the power supply of the piezoelectric elements.

Le fait que le système est intégralement baigné dans un fluide hydraulique, en particulier la masse mobile délimitant les première et deuxième chambres hydrauliques, incluant notamment le ou les élément(s) piézo-électrique(s) et les premier, deuxième et troisième pistons, est avantageux en ce que le fluide apporte une inertie thermique en même temps qu’un moyen de refroidir le système si nécessaire. Par ailleurs, la caractéristique selon laquelle l’enveloppe externe du dispositif piézo-hydraulique forme au moins en partie, en particulier constitue, une cage de faraday permet de limiter l’impact de la compatibilité électromagnétique du dispositif piézo-hydraulique.The fact that the system is entirely bathed in a hydraulic fluid, in particular the mobile mass delimiting the first and second hydraulic chambers, including in particular the piezoelectric element(s) and the first, second and third pistons, is advantageous in that the fluid provides thermal inertia as well as a means to cool the system if necessary. Furthermore, the characteristic according to which the outer casing of the piezo-hydraulic device forms at least in part, in particular constitutes, a Faraday cage makes it possible to limit the impact of the electromagnetic compatibility of the piezo-hydraulic device.

Selon un mode de réalisation, le dispositif piézo-hydraulique comprend des moyens de contrôle de pression du fluide sous pression du ou des circuit(s) hydraulique(s) permettant une communication fluidique entre le ou les circuit(s) hydraulique(s) et au moins une chambre de régulation, les moyens de contrôle de pression comprenant par exemple au moins un clapet.According to one embodiment, the piezo-hydraulic device comprises means for controlling the pressure of the pressurized fluid of the hydraulic circuit(s) allowing fluid communication between the hydraulic circuit(s) and at least one regulation chamber, the pressure control means comprising for example at least one valve.

En effet, un problème technique qui doit être résolu est celui de l’étanchéité du système hydraulique et principalement l’étanchéité au niveau du ou des petits pistons, c’est-à-dire du deuxième et/ou troisième piston, qui sont les plus petits par rapport au premier piston relié à l’élément piézo-électrique. Ces pistons se trouvent en mouvement par rapport au carter hydraulique. Une manière de résoudre ce problème est d’utiliser des techniques d’usinages de haute précision associée à des traitements de surfaces de grande dureté. Toutefois, un tel usinage est particulièrement onéreux.Indeed, a technical problem which must be solved is that of the sealing of the hydraulic system and mainly the sealing at the level of the small piston(s), that is to say the second and/or third piston, which are the smaller compared to the first piston connected to the piezoelectric element. These pistons are in motion relative to the hydraulic housing. One way to solve this problem is to use high precision machining techniques associated with high hardness surface treatments. However, such machining is particularly expensive.

Une autre solution est de prendre en compte une fuite au niveau de la liaison et un système de remplissage tel que la chambre de régulation, dans les phases de dépression, contrôlé par exemple par au moins un clapet formant moyen de contrôle. Dans une configuration particulière, un soufflet étanche permet de délimiter une chambre de régulation et contenir ainsi du liquide avant son aspiration dans la cavité formée par la chambre associée dans les phases de dépression.Another solution is to take into account a leak at the level of the connection and a filling system such as the regulation chamber, in the depression phases, controlled for example by at least one valve forming a control means. In a particular configuration, a sealed bellows makes it possible to delimit a regulation chamber and thus contain liquid before it is sucked into the cavity formed by the associated chamber in the depression phases.

Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle de pression sont configurés pour contrôler une communication fluidique entre chacune des première et deuxième chambres hydrauliques avec une chambre de régulation commune, la chambre de régulation étant contenue dans l’espace intérieur de l’enveloppe externe du dispositif piézo-hydraulique, entre la masse mobile et ladite enveloppe externe. Dans une telle configuration, où le système baigne dans le liquide hydraulique, l’espace délimité dans l’enveloppe externe du dispositif piézo-hydraulique, entre des parois de ladite enveloppe externe et le carter hydraulique, forme une chambre de régulation entourant le carter hydraulique. Le fluide peut également être maintenu en équilibre avec la pression atmosphérique si nécessaire.According to one embodiment, the pressure control means are configured to control fluid communication between each of the first and second hydraulic chambers with a common regulation chamber, the regulation chamber being contained in the interior space of the external casing of the piezo-hydraulic device, between the moving mass and said outer casing. In such a configuration, where the system is immersed in hydraulic fluid, the space delimited in the outer casing of the piezo-hydraulic device, between the walls of said outer casing and the hydraulic casing, forms a regulation chamber surrounding the hydraulic casing . The fluid can also be kept in equilibrium with atmospheric pressure if necessary.

En plus des avantages précités, un tel dispositif piézo-hydraulique selon l’invention permet avec un actionneur unique d’envisager le contrôle actif de plusieurs phénomènes simultanément : par exemple équilibrage dynamique du vilebrequin pour un moteur 3 cylindres. Un tel dispositif piézo-hydraulique présente également un niveau de complexité faible et utilise des matériaux relativement économiques. Il permet en outre de réduire la masse et d’améliorer le rendement des dispositifs de réduction des vibrations, tels que ceux par exemple équipant un moteur.In addition to the aforementioned advantages, such a piezo-hydraulic device according to the invention makes it possible, with a single actuator, to envisage the active control of several phenomena simultaneously: for example dynamic balancing of the crankshaft for a 3-cylinder engine. Such a piezo-hydraulic device also has a low level of complexity and uses relatively inexpensive materials. It also makes it possible to reduce the mass and improve the performance of vibration reduction devices, such as those fitted to an engine, for example.

Selon un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un véhicule, par exemple un véhicule automobile, comprenant au moins un dispositif piézo-hydraulique tel que décrit ci-avant.According to another aspect of the invention, the latter relates to a vehicle, for example a motor vehicle, comprising at least one piezo-hydraulic device as described above.

Selon un mode de réalisation, le véhicule comprend une pluralité de dispositifs piézo-hydrauliques tels que décrit ci-avant et des supports d’un moteur sur une structure fixe du véhicule, les supports du moteur étant équipés chacun d’au moins l’un des dispositifs piézo-hydrauliques de sorte à réduire les efforts dynamiques appliqués à la structure fixe du véhicule. Les dispositifs piézo-hydrauliques étant configurés chacun pour réduire localement les efforts dynamiques appliqués à la structure fixe du véhicule, le tout en présentant une masse et un encombrement réduits et pouvant engendrer des efforts suffisamment importants du fait de la démultiplication hydraulique, une telle application est particulièrement avantageuse.According to one embodiment, the vehicle comprises a plurality of piezo-hydraulic devices as described above and supports for an engine on a fixed structure of the vehicle, the engine supports each being equipped with at least one piezo-hydraulic devices so as to reduce the dynamic forces applied to the fixed structure of the vehicle. Since the piezo-hydraulic devices are each configured to locally reduce the dynamic forces applied to the fixed structure of the vehicle, while having a reduced mass and bulk and being able to generate sufficiently large forces due to the hydraulic reduction, such an application is particularly advantageous.

Selon un mode de réalisation, le véhicule est un véhicule électrique, le moteur du véhicule étant un moteur électrique.According to one embodiment, the vehicle is an electric vehicle, the motor of the vehicle being an electric motor.

brÈve description des figuresbrief description of figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
: une vue schématique d’un dispositif piézo-hydraulique selon un mode de réalisation ;
: une vue schématique d’un dispositif piézo-hydraulique selon un autre mode de réalisation ;
: une vue schématique d’un dispositif piézo-hydraulique selon un autre mode de réalisation ;
: une vue schématique d’un dispositif piézo-hydraulique selon un autre mode de réalisation ;
: une vue schématique d’un dispositif piézo-hydraulique selon un autre mode de réalisation ;
: une vue schématique d’un dispositif piézo-hydraulique selon un autre mode de réalisation ;
: une vue schématique d’un dispositif piézo-hydraulique selon un autre mode de réalisation.Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the following description, with reference to the appended figures, which illustrate:
: a schematic view of a piezo-hydraulic device according to one embodiment;
: a schematic view of a piezo-hydraulic device according to another embodiment;
: a schematic view of a piezo-hydraulic device according to another embodiment;
: a schematic view of a piezo-hydraulic device according to another embodiment;
: a schematic view of a piezo-hydraulic device according to another embodiment;
: a schematic view of a piezo-hydraulic device according to another embodiment;
: a schematic view of a piezo-hydraulic device according to another embodiment.

Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.For greater clarity, identical or similar elements are identified by identical reference signs in all the figures.

description DÉTAILLÉE d’un mode de rÉalisationDETAILED description of an embodiment

La ( ) illustre une vue schématique d’un dispositif piézo-hydraulique 100 selon un mode de réalisation. En particulier, le dispositif piézo-hydraulique 100 comprend un circuit hydraulique 101 constituant ici une chambre hydraulique 101’ pour simplifier la structure. La chambre hydraulique 101’ est remplie d’un fluide 1 sous pression tel qu’un liquide, de préférence un liquide incompressible. Est considéré comme un fluide incompressible, un fluide dont le volume est considéré comme constant, quelle que soit la pression qu'il subit. Tout fluide étant en réalité sensible à la pression, on considérera approximativement en pratique que les effets de la compression peuvent être ignorés pour des fluides caractérisés par un nombre de Mach en dessous de 0,3.The ( ) illustrates a schematic view of a piezo-hydraulic device 100 according to one embodiment. In particular, the piezo-hydraulic device 100 comprises a hydraulic circuit 101 here constituting a hydraulic chamber 101' to simplify the structure. The hydraulic chamber 101' is filled with a pressurized fluid 1 such as a liquid, preferably an incompressible liquid. Is considered an incompressible fluid, a fluid whose volume is considered constant, regardless of the pressure it undergoes. Since any fluid is in reality sensitive to pressure, it will be considered approximately in practice that the effects of compression can be ignored for fluids characterized by a Mach number below 0.3.

Le dispositif piézo-hydraulique 100 comprend un premier piston 10 présentant une surface utile 11 et s’étendant dans la chambre hydraulique 101’ de sorte que la surface utile 11 est soumise à la pression du fluide 1 contenu dans la chambre hydraulique 101’. Le premier piston 10 coulisse par rapport à la chambre hydraulique 101’ dont les parois qui la délimitent guident ledit premier piston 10 en translation. Les parois délimitant la chambre hydraulique 101’ forme un carter 60 hydraulique. Le premier piston 10 est relié à au moins un élément piézoélectrique 40 constitué ici d’un matériau piézoélectrique. Le matériau piézoélectrique est ici constitué de titano-zirconates de plomb (« PZT »).The piezo-hydraulic device 100 comprises a first piston 10 having a working surface 11 and extending into the hydraulic chamber 101' so that the working surface 11 is subjected to the pressure of the fluid 1 contained in the hydraulic chamber 101'. The first piston 10 slides relative to the hydraulic chamber 101', the walls of which delimit it guide the said first piston 10 in translation. The walls delimiting the hydraulic chamber 101' form a hydraulic housing 60. The first piston 10 is connected to at least one piezoelectric element 40 made here of a piezoelectric material. The piezoelectric material here consists of lead titano-zirconates (“PZT”).

Le dispositif piézo-hydraulique 100 utilise ainsi l’effet piézoélectrique : en appliquant une tension électrique au matériau piézoélectrique, on engendre une déformation mécanique dudit matériau piézoélectrique. Le premier piston 10 est relié à l’élément piézoélectrique 40 de sorte que la position du premier piston 10 varie en fonction d’une déformation mécanique de l’élément piézoélectrique 40 au moins axialement suivant un axe de déplacement A40 principal de référence. L’élément piézoélectrique 40 assure donc une fonction d’actionneur du dispositif piézo-hydraulique 100. Dans le mode de réalisation de la ( ), le premier piston 10 est constitué par l’élément piézoélectrique 40 lui-même, ledit élément piézoélectrique 40 étant immergé dans le fluide 1 contenu dans la chambre hydraulique 101’.The piezo-hydraulic device 100 thus uses the piezoelectric effect: by applying an electric voltage to the piezoelectric material, a mechanical deformation of said piezoelectric material is generated. The first piston 10 is connected to the piezoelectric element 40 so that the position of the first piston 10 varies according to a mechanical deformation of the piezoelectric element 40 at least axially along a reference main axis of displacement A40. The piezoelectric element 40 therefore performs an actuator function of the piezo-hydraulic device 100. In the embodiment of the ( ), the first piston 10 is constituted by the piezoelectric element 40 itself, said piezoelectric element 40 being immersed in the fluid 1 contained in the hydraulic chamber 101'.

Le dispositif piézo-hydraulique 100 comprend en outre un deuxième piston 20 présentant une surface utile 21 soumise à la pression du même fluide 1 du circuit hydraulique 101, à savoir de la même chambre hydraulique 101’. Le deuxième piston 20 coulisse par rapport à la chambre hydraulique 101’ dont les parois qui la délimitent guident ledit deuxième piston 20 en translation. De préférence, le deuxième piston 20 coulisse par rapport à la même chambre hydraulique 101’ d’un côté opposé au premier piston 10 par rapport à la chambre hydraulique 101’. Le carter 60 hydraulique guide donc les premier et deuxième pistons 10, 20 de sorte qu’ils sont mobiles en translation chacun suivant un axe A1 et A2, respectivement. Les axes A1 et A2 de translation des premier et deuxième pistons 10, 20 sont ici parallèles, et même coaxiaux, et également parallèles et coaxiaux à l’axe de déplacement A40 de de l’élément piézoélectrique 40.The piezo-hydraulic device 100 further comprises a second piston 20 having a useful surface 21 subjected to the pressure of the same fluid 1 of the hydraulic circuit 101, namely of the same hydraulic chamber 101'. The second piston 20 slides relative to the hydraulic chamber 101', the walls of which delimit it guide said second piston 20 in translation. Preferably, the second piston 20 slides relative to the same hydraulic chamber 101' on a side opposite the first piston 10 relative to the hydraulic chamber 101'. The hydraulic casing 60 therefore guides the first and second pistons 10, 20 so that they are each movable in translation along an axis A1 and A2, respectively. The axes A1 and A2 of translation of the first and second pistons 10, 20 are here parallel, and even coaxial, and also parallel and coaxial with the axis of displacement A40 of the piezoelectric element 40.

Le deuxième piston 20 comprend donc une tige coulissante par rapport à la chambre hydraulique 101’, dont une extrémité proximale est mouillée dans le liquide 1 contenu dans la chambre hydraulique 101’, l’extrémité proximale portant la surface utile 21, et une extrémité distale, opposée à l’extrémité proximale, solidaire d’une masse mobile 50, ici située à l’extérieur du carter 60 hydraulique. Ainsi, lors du fonctionnement du dispositif piézo-hydraulique 100, comme actionneur par exemple, l’application d’une tension électrique au matériau piézoélectrique 40 engendre une déformation mécanique dudit matériau piézoélectrique au moins suivant son axe A40, lequel fait varier en translation la position du premier piston 10 par rapport à la chambre hydraulique 101’ suivant son axe A1, qui fait varier en conséquence la pression interne du liquide dans la chambre hydraulique 101’, le liquide 1 transmettant intégralement la variation de pression produite au deuxième piston 20 qui translate également suivant son axe de translation A2.The second piston 20 therefore comprises a rod sliding relative to the hydraulic chamber 101', a proximal end of which is wetted in the liquid 1 contained in the hydraulic chamber 101', the proximal end bearing the useful surface 21, and a distal end , opposite the proximal end, secured to a movable mass 50, here located outside the hydraulic housing 60. Thus, during the operation of the piezo-hydraulic device 100, as an actuator for example, the application of an electric voltage to the piezoelectric material 40 generates a mechanical deformation of said piezoelectric material at least along its axis A40, which causes the position to vary in translation. of the first piston 10 with respect to the hydraulic chamber 101' along its axis A1, which consequently varies the internal pressure of the liquid in the hydraulic chamber 101', the liquid 1 fully transmitting the pressure variation produced to the second piston 20 which translates also along its axis of translation A2.

Dans le cadre de l’invention, la surface utile du premier piston 10 est choisie strictement supérieure à la surface utile du deuxième piston 20 de sorte à transmettre un effort démultiplié pour déplacer une masse mobile 50. Ainsi, le fluide 1 permet de multiplier une force pressante qui s'exerce sur lui par le premier piston 10 en la transmettant au deuxième piston 20. Le dispositif piézo-hydraulique 100 met en œuvre une démultiplication hydraulique qui permet des amplifications significativement plus importantes que celles obtenues par d’autres moyens mécaniques. La démultiplication hydraulique résulte de l’utilisation des premier et deuxième pistons 10, 20, de sections différentes immergés dans un même volume fluide 1 incompressible contenu dans la chambre hydraulique 101’. Le rapport de démultiplication est alors le rapport des sections ou surfaces utiles des deux pistons, à savoir les premier et deuxième pistons 10, 20. Sur la ( ), le rapport de démultiplication obtenu est de l’ordre de 10. La pression dans le fluide hydraulique est la force exercée divisée par la section du petit piston.In the context of the invention, the useful surface of the first piston 10 is chosen to be strictly greater than the useful surface of the second piston 20 so as to transmit a multiplied force to move a mobile mass 50. Thus, the fluid 1 makes it possible to multiply a pressing force which is exerted on it by the first piston 10 by transmitting it to the second piston 20. The piezo-hydraulic device 100 implements a hydraulic reduction which allows significantly greater amplifications than those obtained by other mechanical means. The hydraulic reduction results from the use of the first and second pistons 10, 20, of different sections immersed in the same incompressible fluid volume 1 contained in the hydraulic chamber 101'. The reduction ratio is then the ratio of the useful sections or surfaces of the two pistons, namely the first and second pistons 10, 20. On the ( ), the reduction ratio obtained is of the order of 10. The pressure in the hydraulic fluid is the force exerted divided by the section of the small piston.

La démultiplication peut encore être augmentée pour une quantité de matériau piézoélectrique donnée en utilisant un premier piston 10 de grande taille actionnée par l’élément piézoélectrique 40 comme illustré sur la ( ) où le rapport de démultiplication obtenu est de l’ordre de 400.The reduction can be further increased for a given quantity of piezoelectric material by using a first piston 10 of large size actuated by the piezoelectric element 40 as illustrated in the ( ) where the gear ratio obtained is of the order of 400.

Le dispositif piézo-hydraulique 100 de la ( ) diffère essentiellement de celui de la ( ) en ce que le premier piston 10 est distinct de l’élément piézoélectrique 40, le premier piston 10 formant une interface mécanique entre le fluide 1 incompressible contenu dans la chambre hydraulique 101’ d’un côté, et l’élément piézoélectrique 40 d’un autre côté opposé et accolé au premier piston 10 de sorte que la déformation mécanique de l’élément piézoélectrique 40 dans un sens ou dans l’autre engendre le déplacement du premier piston 10 dans un sens ou dans l’autre respectivement, en coulissant par rapport à la chambre hydraulique 101’.The piezo-hydraulic device 100 of the ( ) differs essentially from that of the ( ) in that the first piston 10 is separate from the piezoelectric element 40, the first piston 10 forming a mechanical interface between the incompressible fluid 1 contained in the hydraulic chamber 101' on one side, and the piezoelectric element 40 on another side opposite and attached to the first piston 10 so that the mechanical deformation of the piezoelectric element 40 in one direction or the other causes the movement of the first piston 10 in one direction or the other respectively, by sliding by relative to the hydraulic chamber 101'.

Plus précisément, le premier piston 10 est monté coulissant dans la chambre hydraulique 101’ de forme complémentaire, guidé par le carter hydraulique 60. Le premier piston 10 comporte deux faces opposées 12, 13, l’une 12 des deux faces étant en contact direct avec le fluide 1 contenu dans la chambre hydraulique 101’ et soumise à la pression du fluide 1 contenu dans la chambre hydraulique 101’, l’autre des deux parois 13, opposée à la paroi 12, étant solidaire de l’élément piézoélectrique 40.More precisely, the first piston 10 is slidably mounted in the hydraulic chamber 101' of complementary shape, guided by the hydraulic casing 60. The first piston 10 comprises two opposite faces 12, 13, one 12 of the two faces being in direct contact with the fluid 1 contained in the hydraulic chamber 101' and subjected to the pressure of the fluid 1 contained in the hydraulic chamber 101', the other of the two walls 13, opposite the wall 12, being integral with the piezoelectric element 40.

Le carter 60 hydraulique du dispositif piézo-hydraulique 100 délimite un espace intérieur à l’intérieur duquel le premier piston coulisse en séparant de façon étanche deux espaces, un premier espace contenant le fluide 1 et un second espace logeant l’élément piézoélectrique 40, l’élément piézoélectrique 40 étant disposé entre, de préférence interposé entre (voir la ( )), une paroi du carter 60 hydraulique et la paroi 13 du premier piston 10. Dans ce mode de réalisation l’axe central A40 de l’élément piézoélectrique 40 correspondant à son axe de déplacement principal et les axes A1, A2 de coulissement des premier et deuxième pistons 10, 20 sont également parallèles et coaxiaux.The hydraulic casing 60 of the piezo-hydraulic device 100 delimits an interior space inside which the first piston slides by separating two spaces in a sealed manner, a first space containing the fluid 1 and a second space housing the piezoelectric element 40, the the piezoelectric element 40 being disposed between, preferably interposed between (see the ( )), a wall of the hydraulic casing 60 and the wall 13 of the first piston 10. In this embodiment, the central axis A40 of the piezoelectric element 40 corresponding to its main axis of movement and the axes A1, A2 of sliding of the first and second pistons 10, 20 are also parallel and coaxial.

La ( ) illustre un schéma d’un dispositif piézo-hydraulique 100 selon un autre mode de réalisation. Ce mode de réalisation diffère essentiellement des précédents en ce qu’il comprend deux deuxièmes pistons, nommés deuxième piston 20 et troisième piston 30, chacun subissant la pression d’un fluide 1, 2, dans une des chambres hydrauliques 101’, 102’ distinctes associée. Dans une telle configuration, le deuxième piston 20 est soumis à la pression du fluide 1 contenu dans une première 101’ de deux chambres hydrauliques 101’, 102’ et le troisième piston 30 est soumis à la pression du fluide 2 contenu dans une deuxième 102’ des deux chambres hydrauliques 101’, 102’, opposée à la première 101’ par rapport au premier piston 10. Les deux chambres hydrauliques 101’, 102’ sont délimitées extérieurement par un carter hydraulique 60 présentant un espace intérieur. Le même carter hydraulique 60 formé monobloc délimité un espace intérieur logeant les deux chambres hydrauliques 101’, 102’. En effet, l’espace intérieur du carter hydraulique 60 est traversé par le premier piston 10 de sorte que le premier piston 10 divise l’espace intérieur du carter hydraulique 60 en deux sous-espaces, étanches l’un par rapport à l’autre, chacun des deux sous-espaces formant l’une des deux chambres hydrauliques 101’, 102’.The ( ) illustrates a diagram of a piezo-hydraulic device 100 according to another embodiment. This embodiment essentially differs from the previous ones in that it comprises two second pistons, called second piston 20 and third piston 30, each undergoing the pressure of a fluid 1, 2, in one of the hydraulic chambers 101 ', 102' distinct associated. In such a configuration, the second piston 20 is subjected to the pressure of the fluid 1 contained in a first 101' of two hydraulic chambers 101', 102' and the third piston 30 is subjected to the pressure of the fluid 2 contained in a second 102 'of the two hydraulic chambers 101', 102', opposite the first 101' with respect to the first piston 10. The two hydraulic chambers 101', 102' are delimited externally by a hydraulic casing 60 having an interior space. The same hydraulic casing 60 formed in one piece delimits an interior space housing the two hydraulic chambers 101', 102'. Indeed, the interior space of the hydraulic casing 60 is crossed by the first piston 10 so that the first piston 10 divides the interior space of the hydraulic casing 60 into two sub-spaces, sealed with respect to each other. , each of the two sub-spaces forming one of the two hydraulic chambers 101', 102'.

Dans ce mode de réalisation, le premier piston 10 forme un piston double effet. Le premier piston 10 comporte deux faces opposées 12, 13, chacune des deux faces 12, 13 présentant une surface utile 11’, 11’’ soumise à la pression d’un fluide 1, 2 contenu dans l’une et l’autre des deux chambres hydrauliques distinctes 101’, 102’ associées. De cette manière le premier piston 10 peut travailler dans les deux directions suivant son axe de coulissement A1.In this embodiment, the first piston 10 forms a double-acting piston. The first piston 10 comprises two opposite faces 12, 13, each of the two faces 12, 13 having a useful surface 11', 11'' subjected to the pressure of a fluid 1, 2 contained in one and the other of the two separate hydraulic chambers 101', 102' associated. In this way the first piston 10 can work in both directions along its sliding axis A1.

Le premier piston 10 présente transversalement sur sa périphérie par rapport à son axe de coulissement A1, un bord périphérique disposé entre deux appuis intérieurs du carter hydraulique 60. Le bord périphérique du premier piston 10 est interposé entre deux éléments piézoélectriques 40, chacun des éléments piézoélectriques 40 étant eux-mêmes interposés entre, d’une part, une portion de l’une des deux faces 12, 13 du premier piston 10 localisée au niveau dudit bord et, d’autre part, l’un des deux appuis associés du carter hydraulique 60. De cette manière, les éléments piézoélectriques 40 permettent sous l’effet d’une tension de déplacer le premier piston 10 suivant son axe A1, dans un sens ou dans l’autre.The first piston 10 has transversely on its periphery with respect to its sliding axis A1, a peripheral edge disposed between two internal supports of the hydraulic casing 60. The peripheral edge of the first piston 10 is interposed between two piezoelectric elements 40, each of the piezoelectric elements 40 being themselves interposed between, on the one hand, a portion of one of the two faces 12, 13 of the first piston 10 located at said edge and, on the other hand, one of the two associated supports of the casing hydraulic 60. In this way, the piezoelectric elements 40 make it possible, under the effect of a voltage, to move the first piston 10 along its axis A1, in one direction or the other.

Le carter hydraulique 60 délimitant les première et deuxième chambres hydrauliques 101’, 102’ constitue ici la masse mobile permettant d’être déplacée. En effet, le carter hydraulique 60 est logé dans un espace intérieur 105’ d’une enveloppe externe 105 du dispositif piézo-hydraulique 100. L’enveloppe 105 externe délimite une enceinte fermée. Les deuxième et troisième pistons 20, 30 sont solidaires de cette enveloppe externe 105 de sorte qu’ils sont fixes l’un par rapport à l’autre. De cette manière, l’enveloppe externe 105 forme un boîtier fermé alimenté par des fils électriques (non illustrés) qui traversent l’enveloppe externe 105 pour être connectés aux éléments piézoélectriques 40. Lorsque les éléments piézoélectriques 40 sont mis sous tension, le premier piston 10 est déplacé dans une direction ou dans l’autre suivant un axe de déplacement A1, ceci en fonction de la différence tension appliquée au différents éléments piézoélectriques 40. Le déplacement du premier piston 10 a pour incidence de faire translater la masse mobile 50 par rapport à l’enveloppe externe 105, laquelle est guidée par les deuxième et troisième pistons 20, 30 dont les axes de déplacement A2, A3 sont parallèles, et coaxiaux, à l’axe de déplacement du premier piston A1. Lorsque le dispositif piézo-hydraulique 100 est à l’équilibre, le carter hydraulique 60, soit également la masse mobile 50 ici, est centré dans l’espace intérieur 105’ de l’enveloppe 105 externe de sorte qu’un espace est délimité entre les parois délimitant l’enveloppe 105 externe et le carter hydraulique 60. Le dispositif piézo-hydraulique 100 est configuré de sorte que l’espace entre ces éléments est suffisant pour que le déplacement du carter hydraulique 60 constituant la masse mobile 50 ne vienne pas en contact contre les parois de l’enveloppe 105 externe durant son utilisation. Cet espace intérieur 105’ entre le carter hydraulique 60 et les parois délimitant l’enveloppe 105 est ici rempli d’air, mais il pourrait être rempli d’un autre gaz.The hydraulic casing 60 delimiting the first and second hydraulic chambers 101', 102' here constitutes the mobile mass allowing it to be moved. Indeed, the hydraulic casing 60 is housed in an interior space 105' of an outer casing 105 of the piezo-hydraulic device 100. The outer casing 105 delimits a closed enclosure. The second and third pistons 20, 30 are integral with this outer casing 105 so that they are fixed relative to each other. In this way, the outer casing 105 forms a closed box powered by electrical wires (not shown) which pass through the outer casing 105 to be connected to the piezoelectric elements 40. When the piezoelectric elements 40 are energized, the first piston 10 is moved in one direction or the other along an axis of displacement A1, this depending on the voltage difference applied to the various piezoelectric elements 40. The movement of the first piston 10 has the effect of causing the mobile mass 50 to translate with respect to to the outer casing 105, which is guided by the second and third pistons 20, 30 whose axes of movement A2, A3 are parallel and coaxial with the axis of movement of the first piston A1. When the piezo-hydraulic device 100 is in equilibrium, the hydraulic casing 60, i.e. also the mobile mass 50 here, is centered in the interior space 105' of the outer casing 105 so that a space is delimited between the walls delimiting the outer envelope 105 and the hydraulic casing 60. The piezo-hydraulic device 100 is configured so that the space between these elements is sufficient for the movement of the hydraulic casing 60 constituting the mobile mass 50 not to come into contact against the walls of the outer casing 105 during its use. This interior space 105' between the hydraulic casing 60 and the walls delimiting the envelope 105 is here filled with air, but it could be filled with another gas.

Le dispositif piézo-hydraulique 100 présente une symétrie par rapport à un plan de référence P, orthogonal à l’axe de déplacement du premier piston 10. Ce plan de symétrie correspond au plan de symétrie du premier piston 10. En particulier, l’enveloppe 105, le carter hydraulique 60, soit également la masse mobile 50, et le premier piston 10 sont symétriques par rapport au plan de référence P. Le troisième piston 30 correspond à une symétrie du deuxième piston par rapport à ce plan de référence P.The piezo-hydraulic device 100 has symmetry with respect to a reference plane P, orthogonal to the axis of movement of the first piston 10. This plane of symmetry corresponds to the plane of symmetry of the first piston 10. In particular, the envelope 105, the hydraulic casing 60, i.e. also the mobile mass 50, and the first piston 10 are symmetrical with respect to the reference plane P. The third piston 30 corresponds to a symmetry of the second piston with respect to this reference plane P.

Une telle configuration symétrique du dispositif piézo-hydraulique 100 par rapport à un tel plan de symétrie P et utilisant un premier piston 10 à double effet permet de bénéficier d’un effet de pousser-tirer, aussi appelé « push-pull », de sorte à permettre d’inverser les rôles du système moteur et de la masse mobile 50 sismique tout en rendant le système clôt. Dans cette configuration, la majeure partie de la masse est utilisée comme masse sismique et le dispositif piézo-hydraulique 100 peut être utilisé plus facilement dans différentes positions lorsqu’il est intégré par exemple dans un système à équilibrer. En outre, la masse sismique 50 bénéficie d’un meilleur guidage.Such a symmetrical configuration of the piezo-hydraulic device 100 with respect to such a plane of symmetry P and using a first double-acting piston 10 makes it possible to benefit from a push-pull effect, also called "push-pull", so to make it possible to reverse the roles of the motor system and of the seismic mobile mass 50 while making the system closed. In this configuration, most of the mass is used as seismic mass and the piezo-hydraulic device 100 can be used more easily in different positions when it is integrated, for example, in a system to be balanced. In addition, the seismic mass 50 benefits from better guidance.

Un problème technique qui pourrait être rencontré est celui de l’étanchéité du système hydraulique, c’est-à-dire des circuits hydrauliques 101, 102, notamment des chambres hydrauliques 101’, 102’. En effet, suivant les pressions mises en jeu, l’étanchéité au niveau du ou des petits piston(s) qui se trouve en mouvement par rapport au carter hydraulique 60, c’est-à-dire des deuxième et troisième pistons 20, 30. Une manière de résoudre ce problème est d’utiliser des techniques d’usinages de haute précision associée à des traitements de surfaces de grande dureté.A technical problem that could be encountered is that of the sealing of the hydraulic system, that is to say the hydraulic circuits 101, 102, in particular the hydraulic chambers 101', 102'. Indeed, depending on the pressures involved, the sealing at the level of the small piston(s) which is in motion relative to the hydraulic casing 60, that is to say the second and third pistons 20, 30 One way to solve this problem is to use high-precision machining techniques associated with high-hardness surface treatments.

Une autre solution envisageable est de munir le dispositif piézo-hydraulique 100 de moyens de contrôle 110 de pression du fluide 1, 2 du ou des circuits hydrauliques 101, 102 permettant une communication fluidique entre le ou les circuits hydrauliques 101, 102 et au moins une chambre de régulation 103.Another possible solution is to provide the piezo-hydraulic device 100 with means 110 for controlling the pressure of the fluid 1, 2 of the hydraulic circuit(s) 101, 102 allowing fluid communication between the hydraulic circuit(s) 101, 102 and at least one regulation chamber 103.

Un exemple de réalisation est illustré sur la ( ) qui diffère du mode de réalisation illustré sur la ( ) essentiellement en ce que le dispositif piézo-hydraulique 100 comprend un soufflet étanche dans l’espace intérieur 105’ entre le carter hydraulique 60 et les parois délimitant l’enveloppe 105 localisé au niveau de la liaison de coulissement de chacun des deuxième et troisième pistons 20, 30. Ces deux soufflets sont remplis du même fluide 1, 2 que celui de la chambre hydraulique 101’, 102’ associée. Les espaces intérieurs de ces soufflets forment des chambres de régulation 103. Par ailleurs, les moyens de contrôle de pression 110 comprennent un clapet 111 placé dans un canal de liaison situé entre chaque chambre de régulation 103 et chambre hydraulique 101’, 102’ associée.An example of implementation is illustrated on the ( ) which differs from the embodiment illustrated in the ( ) essentially in that the piezo-hydraulic device 100 comprises a sealed bellows in the interior space 105' between the hydraulic casing 60 and the walls delimiting the casing 105 located at the level of the sliding connection of each of the second and third pistons 20, 30. These two bellows are filled with the same fluid 1, 2 as that of the associated hydraulic chamber 101', 102'. The interior spaces of these bellows form regulation chambers 103. Furthermore, the pressure control means 110 comprise a valve 111 placed in a connecting channel located between each regulation chamber 103 and the associated hydraulic chamber 101', 102'.

Une variante de réalisation est également illustrée sur la ( ). Ce mode de réalisation de la ( ) diffère essentiellement de celui de la ( ) en ce que le carter hydraulique 60 formant la masse mobile 50 est immergé dans un fluide 3. En d’autres termes, l’espace intérieur 105’ entre le carter hydraulique 60 et les parois délimitant l’enveloppe 105 est ici rempli du fluide 3 formant une chambre de régulation 103, et non plus d’un gaz. Une telle configuration permet de s’abstenir de l’utilisation de soufflets.A variant embodiment is also illustrated in the ( ). This embodiment of the ( ) differs essentially from that of the ( ) in that the hydraulic casing 60 forming the mobile mass 50 is immersed in a fluid 3. In other words, the interior space 105' between the hydraulic casing 60 and the walls delimiting the casing 105 is here filled with the fluid 3 forming a regulation chamber 103, and no longer a gas. Such a configuration makes it possible to refrain from using bellows.

Les moyens de contrôle 110 de pression permettent de contrôler une communication fluidique entre chacune des première et deuxième chambres hydrauliques 101’, 102’ avec la chambre de régulation 103 qui est commune à chacune des chambres hydrauliques 101’, 102’. Ainsi, le carter hydraulique 60 baigne dans le fluide 3 hydraulique, maintenu en équilibre avec la pression atmosphérique si nécessaire.The pressure control means 110 make it possible to control fluid communication between each of the first and second hydraulic chambers 101', 102' with the regulation chamber 103 which is common to each of the hydraulic chambers 101', 102'. Thus, the hydraulic casing 60 is immersed in the hydraulic fluid 3, maintained in equilibrium with the atmospheric pressure if necessary.

On choisira de préférence un fluide 3 hydraulique contenu dans l’espace intérieur 105’ de l’enveloppe externe 105 qui est diélectrique. De préférence, les fluides 1, 2, 3 sont constitués d’un fluide de même nature. On pourra également configurer l’enveloppe externe 105 du dispositif piézo-hydraulique 100 de sorte à ce qu’elle forme une cage de faraday afin de limiter l’impact de la compatibilité électromagnétique du dispositif piézo-hydraulique 100.A hydraulic fluid 3 contained in the interior space 105' of the outer casing 105 which is dielectric will preferably be chosen. Preferably, the fluids 1, 2, 3 consist of a fluid of the same nature. It is also possible to configure the outer casing 105 of the piezo-hydraulic device 100 so that it forms a Faraday cage in order to limit the impact of the electromagnetic compatibility of the piezo-hydraulic device 100.

La [( ]) illustre un schéma d’un dispositif piézo-hydraulique 100 selon un autre mode de réalisation. Ce mode de réalisation diffère essentiellement de celui de la [( ]) en ce que l’élément piézoélectrique 40 est également noyé dans un fluide. Le premier piston 10 forme une interface mécanique entre le fluide 1 incompressible contenu dans la chambre hydraulique 101’ d’un côté, et l’élément piézoélectrique 40 d’un autre côté opposé et interposé entre ledit premier piston 10 et une paroi du carter hydraulique 60. La déformation mécanique de l’élément piézoélectrique 40 dans un sens ou dans l’autre engendre le déplacement du premier piston 10 dans un sens ou dans l’autre respectivement, en coulissant par rapport à la chambre hydraulique 101’.The [( ]) illustrates a diagram of a piezohydraulic device 100 according to another embodiment. This embodiment differs essentially from that of the [( ]) in that the piezoelectric element 40 is also embedded in a fluid. The first piston 10 forms a mechanical interface between the incompressible fluid 1 contained in the hydraulic chamber 101′ on one side, and the piezoelectric element 40 on another opposite side and interposed between said first piston 10 and a wall of the hydraulic casing. 60. The mechanical deformation of the piezoelectric element 40 in one direction or the other causes the movement of the first piston 10 in one direction or the other respectively, by sliding relative to the hydraulic chamber 101'.

Le deuxième piston 20 coulisse par rapport à la même chambre hydraulique 101’, de préférence d’un même côté que premier piston 10 par rapport à la chambre hydraulique 101’. Le deuxième piston 20 est guidé en translation à la fois par une des parois du carter hydraulique 60 et par le premier piston 10 lui-même. Les premier et deuxième pistons 10, 20 sont mobiles en translation chacun suivant un axe A1 et A2, respectivement, les axes A1 et A2 de translation des premier et deuxième pistons 10, 20 étant coaxiaux.The second piston 20 slides relative to the same hydraulic chamber 101', preferably on the same side as the first piston 10 relative to the hydraulic chamber 101'. The second piston 20 is guided in translation both by one of the walls of the hydraulic casing 60 and by the first piston 10 itself. The first and second pistons 10, 20 are each movable in translation along an axis A1 and A2, respectively, the translation axes A1 and A2 of the first and second pistons 10, 20 being coaxial.

Le premier piston 10 comporte deux faces opposées 12, 13, l’une 12 des deux faces étant en contact direct avec le fluide 1 contenu dans la chambre hydraulique 101’ et soumise à la pression du fluide 1 contenu dans la chambre hydraulique 101’, l’autre 13 des deux parois, opposée à la paroi 12, étant solidaire de l’élément piézoélectrique 40 et baignant également dans un fluide, en communication ou non avec le fluide 1 de la chambre hydraulique 101’. En effet, le carter 60 hydraulique délimite un espace intérieur à l’intérieur duquel le premier piston 10 coulisse en séparant deux espaces, un premier espace contenant le fluide 1 et un second espace logeant l’élément piézoélectrique 40 baignant dans le fluide, l’élément piézoélectrique 40 étant disposé entre, de préférence interposé entre, l’une des parois du carter 60 hydraulique et la paroi 13 du premier piston 10. Ce second espace rempli de fluide forme une chambre de régulation 103 pour prendre en compte au niveau de la liaison entre le deuxième piston 20 par rapport au premier piston 10 qu’il traverse.The first piston 10 has two opposite faces 12, 13, one 12 of the two faces being in direct contact with the fluid 1 contained in the hydraulic chamber 101' and subjected to the pressure of the fluid 1 contained in the hydraulic chamber 101', the other 13 of the two walls, opposite the wall 12, being integral with the piezoelectric element 40 and also immersed in a fluid, in communication or not with the fluid 1 of the hydraulic chamber 101'. Indeed, the hydraulic casing 60 delimits an interior space inside which the first piston 10 slides by separating two spaces, a first space containing the fluid 1 and a second space housing the piezoelectric element 40 immersed in the fluid, the piezoelectric element 40 being disposed between, preferably interposed between, one of the walls of the hydraulic casing 60 and the wall 13 of the first piston 10. This second space filled with fluid forms a regulation chamber 103 to take into account at the level of the connection between the second piston 20 relative to the first piston 10 through which it passes.

Une membrane 106 souple et élastique équipe une portion d’une paroi externe du dispositif piézo-hydraulique 100, notamment ici d’une portion de la paroi du carter hydraulique 60. La membrane 106 forme une interface entre la chambre de régulation 103 et l’extérieur du dispositif piézo-hydraulique 100, à savoir du carter hydraulique 60. Une telle membrane 106 souple permet de maintenir un équilibre avec la pression atmosphérique.A flexible and elastic membrane 106 equips a portion of an outer wall of the piezo-hydraulic device 100, in particular here a portion of the wall of the hydraulic casing 60. The membrane 106 forms an interface between the regulation chamber 103 and the exterior of the piezo-hydraulic device 100, namely of the hydraulic casing 60. Such a flexible membrane 106 makes it possible to maintain a balance with the atmospheric pressure.

La ( ) illustre un schéma d’un dispositif piézo-hydraulique 100 selon un autre mode de réalisation. Ce mode de réalisation est comparable à celui de la ( ) auquel a été ajouté une membrane 106 telle que décrite ci-avant, à savoir souple et élastique équipant une portion d’une paroi externe du dispositif piézo-hydraulique 100, en particulier ici d’une portion de l’enveloppe 105 externe, la membrane 106 formant une interface entre la chambre de régulation 103 délimitée entre l’enveloppe 105 et l’extérieur du carter hydraulique 60.The ( ) illustrates a diagram of a piezo-hydraulic device 100 according to another embodiment. This embodiment is comparable to that of the ( ) to which has been added a membrane 106 as described above, namely flexible and elastic equipping a portion of an outer wall of the piezo-hydraulic device 100, in particular here of a portion of the outer casing 105, the membrane 106 forming an interface between the regulation chamber 103 delimited between the casing 105 and the exterior of the hydraulic casing 60.

Quel que soit le mode de réalisation, la membrane 106 peut être amovible pour assurer une vidange de la chambre de régulation 103, dans l’enveloppe externe 105 ou dans le carter hydraulique 60.Whatever the embodiment, the membrane 106 can be removable to ensure emptying of the regulation chamber 103, in the outer casing 105 or in the hydraulic casing 60.

En pratique on constate la possibilité de concevoir grâce à l’invention un dispositif piézo-hydraulique 100 présentant un rapport de démultiplication très important. De manière générale, le dispositif piézo-hydraulique 100 est configuré de sorte que rapport de démultiplication en le premier piston 10 et au moins le deuxième piston 20, et de préférence aussi avec le troisième piston 30, est strictement supérieur à 20, de préférence supérieur ou égale à 100, de préférence encore supérieur ou égale à 400.In practice, there is the possibility of designing, thanks to the invention, a piezo-hydraulic device 100 having a very high gear ratio. In general, the piezo-hydraulic device 100 is configured so that the reduction ratio in the first piston 10 and at least the second piston 20, and preferably also with the third piston 30, is strictly greater than 20, preferably greater than or equal to 100, more preferably greater than or equal to 400.

Lorsque le dispositif piézo-hydraulique 100 est utilisé pour actionner le déplacement de la masse mobile 50 à partir d’une tension électrique délivrée à l’élément piézoélectrique le dispositif piézo-hydraulique 100 forme alors un actionneur, dont l’intérêt est ici de pouvoir transmettre des efforts importants à partir d’un déplacement minime du premier piston ou piston actionneur. Les deuxième et troisième pistons 20, 30 sont des pistons d’entrainement de masse actionnés par le premier piston 10 actionneur. De préférence le premier piston relié à l’au moins un élément piézoélectrique est unique, ceci afin de simplifier la structure.When the piezo-hydraulic device 100 is used to actuate the movement of the mobile mass 50 from an electric voltage delivered to the piezoelectric element, the piezo-hydraulic device 100 then forms an actuator, the advantage of which here is to be able to transmit significant forces from a minimal displacement of the first piston or actuator piston. The second and third pistons 20, 30 are mass drive pistons actuated by the first actuator piston 10. Preferably, the first piston connected to the at least one piezoelectric element is unique, in order to simplify the structure.

Lorsque le dispositif piézo-hydraulique 100 est utilisé pour créer une tension électrique à partir d’un déplacement de la masse mobile, le dispositif piézo-hydraulique 100 forme alors un capteur. Grâce au rapport de démultiplication, il est possible de garantir des mesures de déplacement particulièrement fines.When the piezo-hydraulic device 100 is used to create an electric voltage from a displacement of the mobile mass, the piezo-hydraulic device 100 then forms a sensor. Thanks to the gear ratio, particularly fine displacement measurements can be guaranteed.

Une application possible se situe par exemple dans le domaine de l’équilibrage dynamique d’un vilebrequin d’un moteur automobile. À titre d’exemple, pour des applications de réduction de vibration d’un moteur à explosion de 200 kg à l’aide de deux actionneurs piézo-hydrauliques 100, chaque dispositif piézo-hydraulique 100 ou actionneur piézo-hydraulique 100 doit être capable d’appliquer des efforts susceptibles d’engendrer des déplacements du moteur de l’ordre de 100 µm à une fréquence de 20 Hz. L’effort nécessaire est de l’ordre de 150 N. En utilisant un rapport de démultiplication de 100 ce résultat pourra être obtenu avec une masse mobile 50 d’une masse de 1kg subissant des déplacements de 10 mm. Dans le cas où on utiliserait un premier piston 10 de diamètre 4 mm, la pression à l’intérieur du dispositif serait de 120 bars ce qui constitue un ordre de grandeur usuel pour un dispositif hydraulique.A possible application is, for example, in the field of dynamic balancing of a crankshaft of an automobile engine. By way of example, for vibration reduction applications of a 200 kg internal combustion engine using two piezo-hydraulic actuators 100, each piezo-hydraulic device 100 or piezo-hydraulic actuator 100 must be capable of apply forces likely to generate displacements of the motor of the order of 100 µm at a frequency of 20 Hz. The force required is of the order of 150 N. be obtained with a mobile mass 50 with a mass of 1 kg undergoing displacements of 10 mm. In the case where a first piston 10 with a diameter of 4 mm would be used, the pressure inside the device would be 120 bars, which constitutes a usual order of magnitude for a hydraulic device.

Le dispositif piézo-hydraulique 100 selon l’invention permet de créer des capteurs et des actionneurs de grande compacité et par conséquent de masse et d’encombrement très réduits. En particulier, cette compacité est possible grâce au principe de démultiplication hydraulique. De tels avantages sont particulièrement intéressants dans le domaine des véhicules électriques notamment où le poids et la consommation électrique sont des problématiques omniprésentes et en constante recherche de performances.The piezo-hydraulic device 100 according to the invention makes it possible to create sensors and actuators of great compactness and consequently of very reduced mass and bulk. In particular, this compactness is possible thanks to the principle of hydraulic reduction. Such advantages are particularly interesting in the field of electric vehicles, in particular where weight and electrical consumption are ubiquitous issues and in constant search for performance.

Une application avantageuse de tels dispositifs piézo-hydrauliques 100 consiste à les intégrer dans des supports moteurs de véhicules électriques. Ainsi, en équipant chacun des supports moteur d’un ou plusieurs dispositifs piézo-hydrauliques 100 selon l’invention, ceux-ci peuvent réduire les efforts dynamiques appliqués à la carrosserie et engendrés par le moteur électrique. En effet, ces efforts dynamiques ont pour principale origine les interactions électromagnétiques au sein du moteur ou encore les engrènements des différents étages de réduction et sont généralement de nature harmonique.An advantageous application of such piezo-hydraulic devices 100 consists in integrating them into motor mounts of electric vehicles. Thus, by equipping each of the engine mounts with one or more piezo-hydraulic devices 100 according to the invention, these can reduce the dynamic forces applied to the bodywork and generated by the electric motor. Indeed, these dynamic forces have as their main origin the electromagnetic interactions within the motor or even the meshing of the various reduction stages and are generally of a harmonic nature.

Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention.Naturally, the invention is described in the foregoing by way of example. It is understood that the person skilled in the art is able to carry out different variant embodiments of the invention without departing from the scope of the invention.

Il est souligné que toutes les caractéristiques, telles qu’elles se dégagent pour un homme du métier à partir de la présente description, des dessins et des revendications attachées, même si concrètement elles n’ont été décrites qu’en relation avec d’autres caractéristiques déterminées, tant individuellement que dans des combinaisons quelconques, peuvent être combinées à d’autres caractéristiques ou groupes de caractéristiques divulguées ici, pour autant que cela n’a pas été expressément exclu ou que des circonstances techniques rendent de telles combinaisons impossibles ou dénuées de sens.It is emphasized that all the characteristics, as they emerge for a person skilled in the art from the present description, the drawings and the attached claims, even if concretely they have only been described in relation to other characteristics determined, both individually and in arbitrary combinations, can be combined with other characteristics or groups of characteristics disclosed here, provided that this has not been expressly excluded or that technical circumstances make such combinations impossible or invalid. meaning.

Claims (10)

Dispositif piézo-hydraulique (100) comprenant au moins un circuit hydraulique (101, 102) comportant un fluide (1, 2) sous pression tel qu’un liquide, un premier piston (10) présentant une surface utile (11) soumise à la pression du fluide du circuit hydraulique, le premier piston (10) étant relié à au moins un élément piézoélectrique (40) de sorte que la position du premier piston (10) varie en fonction d’une déformation mécanique de l’élément piézoélectrique (1), au moins un deuxième piston (20) présentant une surface utile (21) soumise à la pression du fluide du circuit hydraulique (101, 102), la surface utile du premier piston (10) étant strictement supérieure à la surface utile du deuxième piston (20) de sorte à transmettre un effort démultiplié pour déplacer une masse mobile (50).Piezo-hydraulic device (100) comprising at least one hydraulic circuit (101, 102) comprising a fluid (1, 2) under pressure such as a liquid, a first piston (10) having a working surface (11) subjected to fluid pressure of the hydraulic circuit, the first piston (10) being connected to at least one piezoelectric element (40) so that the position of the first piston (10) varies according to a mechanical deformation of the piezoelectric element (1 ), at least one second piston (20) having a useful surface (21) subjected to the pressure of the fluid of the hydraulic circuit (101, 102), the useful surface of the first piston (10) being strictly greater than the useful surface of the second piston (20) so as to transmit a multiplied force to move a mobile mass (50). Dispositif piézo-hydraulique (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit hydraulique (101, 102) comprend une chambre hydraulique (101’, 102’), de préférence est constitué d’une chambre hydraulique (101’, 102’).Piezo-hydraulic device (100) according to Claim 1, characterized in that the hydraulic circuit (101, 102) comprises a hydraulic chamber (101', 102'), preferably consists of a hydraulic chamber (101', 102 '). Dispositif piézo-hydraulique (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier piston (10) forme un piston double effet, le premier piston (10) comportant deux faces opposées (12, 13), chacune des deux faces (12, 13) présentant une surface utile (11’, 11’’) soumise à la pression d’un fluide (1, 2) contenu dans des chambres hydrauliques distinctes (101’, 102’) associées.Piezo-hydraulic device (100) according to Claim 1 or 2, characterized in that the first piston (10) forms a double-acting piston, the first piston (10) comprising two opposite faces (12, 13), each of the two faces (12, 13) having a useful surface (11', 11'') subjected to the pressure of a fluid (1, 2) contained in separate hydraulic chambers (101', 102') associated. Dispositif piézo-hydraulique (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend un troisième piston (30), le deuxième piston (20) étant soumis à la pression du fluide (1) contenu dans une première (101’) des deux chambres hydrauliques (101’, 102’), le troisième piston (30) étant soumis à la pression du fluide (2) contenu dans une deuxième (102’) des deux chambres hydrauliques (101’, 102’), opposée à la première (101’) par rapport au premier piston (10), les deuxième et troisième piston (20 ; 30) étant de préférence mobiles suivant des axes parallèles, de préférence encore coaxiaux (A2, A3).Piezo-hydraulic device (100) according to Claim 3, characterized in that it comprises a third piston (30), the second piston (20) being subjected to the pressure of the fluid (1) contained in a first (101') of the two hydraulic chambers (101', 102'), the third piston (30) being subjected to the pressure of the fluid (2) contained in a second (102') of the two hydraulic chambers (101', 102'), opposite to the first (101') relative to the first piston (10), the second and third pistons (20; 30) preferably being movable along parallel axes, preferably also coaxial (A2, A3). Dispositif piézo-hydraulique (100) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deuxième et troisième pistons (20, 30) sont solidaires l’un de l’autre, de préférence de sorte à former une enveloppe externe (105) du dispositif piézo-hydraulique (100).Piezo-hydraulic device (100) according to Claim 4, characterized in that the second and third pistons (20, 30) are integral with one another, preferably so as to form an outer casing (105) of the device piezo-hydraulic (100). Dispositif piézo-hydraulique (100) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la masse mobile (50) forme un carter hydraulique (60) délimitant les première et deuxième chambres hydrauliques (101’, 102’).Piezo-hydraulic device (100) according to Claim 4 or 5, characterized in that the mobile mass (50) forms a hydraulic casing (60) delimiting the first and second hydraulic chambers (101', 102'). Dispositif piézo-hydraulique (100) selon la revendication 6 dépendant au moins de la revendication 5, caractérisé en ce que la masse mobile (50) est immergée dans un fluide hydraulique (3), de préférence un fluide hydraulique diélectrique, contenu dans un espace intérieur (105’) de l’enveloppe externe (105) du dispositif piézo-hydraulique (100), ladite enveloppe externe (105) du dispositif piézo-hydraulique (100) formant de préférence une cage de faraday.Piezo-hydraulic device (100) according to Claim 6 dependent at least on Claim 5, characterized in that the mobile mass (50) is immersed in a hydraulic fluid (3), preferably a dielectric hydraulic fluid, contained in a space interior (105') of the outer casing (105) of the piezo-hydraulic device (100), said outer casing (105) of the piezo-hydraulic device (100) preferably forming a Faraday cage. Dispositif piézo-hydraulique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de contrôle (110) de pression du fluide (1, 2) sous pression du ou des circuit(s) hydraulique(s) (101, 102) permettant une communication fluidique entre le ou les circuit(s) hydraulique(s) (101, 102) et au moins une chambre de régulation (103), les moyens de contrôle de pression (110) comprenant par exemple au moins un clapet (111).Piezo-hydraulic device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises means (110) for controlling the pressure of the fluid (1, 2) under pressure of the hydraulic circuit(s) ( s) (101, 102) allowing fluid communication between the hydraulic circuit(s) (101, 102) and at least one regulation chamber (103), the pressure control means (110) comprising by example at least one valve (111). Dispositif piézo-hydraulique (100) selon la revendication 8 dépendant au moins de la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (110) de pression sont configurés pour contrôler une communication fluidique entre chacune des première et deuxième chambres hydrauliques (101’, 102’) avec une chambre de régulation (103) commune, la chambre de régulation (103) étant contenue dans l’espace intérieur (105’) de l’enveloppe externe (105) du dispositif piézo-hydraulique (100), entre la masse mobile (50) et ladite enveloppe externe (105).Piezo-hydraulic device (100) according to Claim 8 dependent at least on Claim 7, characterized in that the pressure control means (110) are configured to control fluid communication between each of the first and second hydraulic chambers (101' , 102') with a common regulation chamber (103), the regulation chamber (103) being contained in the interior space (105') of the outer casing (105) of the piezo-hydraulic device (100), between the mobile mass (50) and said outer casing (105). Véhicule, par exemple un véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif piézo-hydraulique (100) selon l’une quelconques des revendications précédentes, le véhicule comprenant de préférence des supports d’un moteur sur une structure fixe du véhicule, de préférence un moteur électrique, les supports du moteur étant équipés chacun d’au moins l’un des dispositifs piézo-hydrauliques de sorte à réduire les efforts dynamiques appliqués à la structure fixe du véhicule.
Vehicle, for example a motor vehicle, characterized in that it comprises at least one piezo-hydraulic device (100) according to any one of the preceding claims, the vehicle preferably comprising supports for an engine on a fixed structure of the vehicle, preferably an electric motor, the motor supports each being equipped with at least one of the piezo-hydraulic devices so as to reduce the dynamic forces applied to the fixed structure of the vehicle.
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