Brevet FR2143670A1 — publié le 19730209

La présente invention a pour objet une machine électrique destinée à produire des mouvements d'avance de précision de préférence à partir d'impulsions de commande numériques, et notamment applicable en mécanique de précision. Du fait de la numérisation croissante des programmes de commande dans les techniques modernes d'usinage et de façonnage , on a de plus en plus besoin de moyens d'entraînement pour l'exécution des mouvements d'avance qui fonctionnent à l'intérieur de circuits complexes de réglage comportant des chaines de réaction. La mise en oeuvre de chaines de commande peu compliquées n'est pas possible dans le cas d'organes de réglage à fonctionnement analogique. C'est pour ces raisons qu'ont été développés les moteurs rotatifs du type dit " pas à pas " . Les moteurs connus de ce type supposent une décomposition de la fonction de déplacement en pas élémentaires. La nécessité d'obtenir en général des mouvements de déplacement en translation oblige à convertir le mouvement rotatif en un mouvement linéaire au moyen d'un mécanisme approprié. L'addition d'un tel mécanisme constitue déjà en soi un inconvénient. En outre, un contrôle s'impose toujours dans les applications de précision quant à l'exécution des déplacements prescrits. Pour pouvoir produire des déplacements continus, il est nécessaire de débloquer ou de bloquer les éléments fonctionnels utilisés au début et à la fin de chaque opération. A cette fin ont été proposées des solutions dont le principe consiste à faire se déplacer,par exemple, une piézo-cellule dans une voie de guidage en forme de V avec des dispositifs de blocage magnétiques rapportés . Dans un autre agencement connu, l'effet de blocage est obtenu par l'intermédiaire de pistes ou de rails magnétiques fixes .Toutes ces solutions présentent l'inconvénient majeur que, d'une part, le lourd système de blocage magnétique doit être entraîné en mouvement et que, d'autre part, l'effet obtenu est asymétrique selon le sens de déplacement. La présente invention se propose de pallier les inconvénients ci-dessus énumérés L'invention a plus précisément pour objet de fournir un système d'entraînement d'un type entièrement nouveau , capable d'effectuer des pas élémentaires réglables à volonté. A cette fin, l'invention prévoit d'utiliser des dilatations et des contractions qui peuvent être provoquées par exemple à partir de processus physiques ou encore biochimiques .Les fonctions requises peuvent être exercées au moyen d'éléments sélectionnés tels que des cellules de matière , des unités piézoélectriques ou magnétostrictives ou analogues , ces éléments pouvant entrer en action l'un après l'autre, isolément , de façon échelonnée par groupes ou selon des combinaisons binaires. Les variations de dimensions résultant selon ce nouveau mode d'action de sollicitations de nature optique , électrique, magnétique, mécanique ou analogue, sont utilisées à la production de déplacements élémentaires selon une loi linéaire ou non linéaire .En outre, sont prévues des possibilités de blocage en position qui assurent une immobilisation alternative des éléments fonctionnels. Cette immobilisation alternative peut être obtenue à partir de moyens magnétiques , piézo-électriques , pneumatiques ou analogues. La solution selon l'invention permet d'obtenir de façon exacte et répétitive les précisions de positionnement d'organes de travail et d'autres moyens analogues qui sont requises dans les techniques de la construction des machines, de la mécanique de précision, ou encore du traitement de l'information par suite de la tendance à la microminiaturisation . Il est en ce domaine particulièrement avantageux que l'émission des instructions et le réglage fin de position puissent être reproduits par l'intermédiaire d'une programmation numérique et fonctionner de façon fiable sans que soient nécessaires des dispositifs de contrôle supplémentaires. L'invention est expliquée ci-après plus en détail à la lumière de quelques exemples d'exécution illustrés par les dessins en annexe sur lesquels - la figure 1 montre en vue perspective un ensemble fonctionnel piézo-électrique à cellules isolées - la figure 2 montre en vue perspective un ensemble fonctionnel piézo-électrique à cellules non isolées - la figure 3 représente un dispositif de blocage magnétique - la figure 4a représente un dispositif de blocage piézo-électrique - la figure 4b montre à plus grande échelle un détail de la figure 4a - et la figure 4c illustre une variante du dispositif de la figure 4a L'ensemble représenté à la figure 1 se compose de plusieurs éléments fonctionnels 1 assemblés l'un contre l'autre, ces éléments étant dans l'exemple représenté de forme parallélépipédique.Ils pourraient touefois être d'une autre conformation géométrique dictée par des raisons fonctionnelles telles par exemple qu'un mode d'action particulier , cette conformation pouvant être ronde, ovale, allongée, conique, etc... Un effet piézoélectrique alternatif en direction est obtenu à partir d'une inversion de la polarité de la tension appliquée aurrevêtements conducteurs 2 . Cette tension électrique appliquée aux revêtements 2 provoque lorsqu'on inverse sa polarité une contraction ou une dilatation de l'élément fonctionnel 1 incorporé. L'alimentation en tension électrique s'effectue au moyen des électrodes 3 et 4. Dans le cas d'un ensemble constitué par exemple de dix éléments fonctionnels 1 , peuvent être raccordées à la source de tension soit toutes les électrodes 3, 4 soit, selon les besoins, seulement certaines d'entre-elles, de sorte que l'ensemble exécute selon le cas des déplacements d'amplitude maximale ou décimalisée, ces déplacements élémentaires pouvant être simultanés ou échelonnés selon le programme d'instructions. Lorsque tous les éléments sont prévus pour un sens de déplacement identique , ainsi qu'il est indiqué en 5 surla figure 1,une isolation 6 doit être interposée entre éléments adjacents. L'assemblage se simplifie sensiblement lorsque les éléments sont associés selon la figure 2, c'est-à-dire lorsque des éléments fonctionnels i voisins agissent en sens opposés , ce qui revient à dire que le sens de déplacement 5 s'inverse d'un élément à l'autre .Grâce à cet agencement, les deux couches conductrices 2 voisines l'une de l'autre peuvent être mises sous tension au moyen d'une seule électrode 3 ou 4, ce qui réduit sensiblement le nombre des électrodes nécessaires Un tel moteur linéaire exécute ainsi des déplacements saccadés susceptibles d'être commandés numériquement , ces déplacements résultant des contractions et des dilatations ci-dessus décrites selon un mode d'action péristaltique ç L'invention prévoit encore de créer un dispositif de blocage à commande magnétique tel que celui de la figure 3 , lequel se prête au développement d'efforts magnétiques importants : l'apport de l'éner- gie magnétique nécessaire est en effet obtenu au moyen de plusieurs blocs magnétiques 7, ceci aussi bien pour la fonction de blocage proprement dite que pour celle du déplacement notamment dans le cas d'éléments fonctionnels magnétostrictifs ; cette transmission d'énergie s'effectue par l'intermédiaire des pistes de glissement 8 si bien que l'élément fonctionnel 1 n'a plus à supporter ni à déplacer un lourd dispositif de blocage . Grâce aux enroulements d'excitation 11 et 12 dont sont munis les blocs magnétiques 7 peuvent être produits des champs magnétiques continus ou alternatifs . Il est encore possible , en modifiant le dispositif décrit, de réaliser la superposition d'un flux magnétique alternatif de commande et d'un flux magnétique permament , ce qui a pour conséquence de renforcer ou d'affaiblir alternativement le flux résultant pour obtenir une immobilisation alternée des plaquettes d'armature intérieures 9 ou extérieures 10 Le haubannage des éléments fonctionnels 1 peut encore être obtenu par exemple au moyen de bandes flexibles "bimorphes" extensibles grâce à des liaisons par association de formes ou par friction. ; la figure 4 représente de tels éléments deblocage piézo-électriques 14 interposés entre les éléments fonctionnels mobiles 1 et les voies de guidage 8 REVENDICATIONS 1. Machine électrique pour la production de mouvements d'avance pas à pas réglables à volonté à partir d'impulsions de commande numériques, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs éléments fonctionnels adjacents sont mis en mouvement simultanément ou de façon échelonnée par l'intermédiaire d'électrodes en elles-mêmes connues et de couches conductrices recouvrant leurs deux faces afin d'effectuer des déplacements de précision d'amplitude soit maximale, soit décimalisée, soit encore programmée de toute autre manière, avec des largeurs de pas variables en fonction du degré de l'excitation motrice, ces éléments pouvant être séparés les uns des autres par une isolation. 2. Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le blocage des éléments fonctionnels est rendu possible, par exemple au moyen de plaquettes d'armature intérieures et/ou extérieures associées à des pistes de glissement qui sont disposées sur des blocs magnétiques combinables à volonté, munis d'enroulements d'excitation et de pièces polaires en forme de rails, l'intensité du champ magnétique permanent pouvant être alternativement renforcée ou annulée par des champs magnétiques alternatifs superposés et l'énergie de commande né- cessaire pouvant être réduite à volonté. 3. Machine électrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'énergie nécessaire au déplacement du ou des éléments fonctionnels est prélevée sur le flux magnétique du dispositif de blocage ou sur d'autres circuits magnétiques. 4. Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que grâce à des éléments de blocage pouvant être constitués par exemple de bandes flexibles piézo-électriques dites "bimorphes" peuvent être engendrées des déflections relativement importantes en dépit d'une faible tension d'excitation, ces déflections étant réglables progressivement jusqu'au domaine des hautes fréquences et assurant le blocage d'éléments fonctionnels préférablement piézo-électriques dans des voies de gui circonférentiellement ou selon toute autre disposition appropriée dans l'espace. 5. Machine électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par un agencement des éléments fonctionnels sans isolation interposée grâce à l'inversion alternée des directions de déplacement utilisées de même que des polarités de leur tension d'alimentation électrique. 6. Machine électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les éléments fonctionnels sont réalisés sous des formes géométriques variées telles par exemple que parallélépipédique, ronde, ovale, allongée, conique, etc.. 7. Machine électrique selon l'une des revendications i à 6, caractérisée en ce que grâce à un agencement approprié des éléments fonctionnels assemblés en un bloc par rapport à un support fixe ou mobile, ou encore à une contre-pièce fixe ou mobile, peuvent être transmis des déplacements tantôt linéaires, tantôt rotatifs ou pendulaires, et qui peuvent être périodiques ou apériodiques.